電弧復合焊接技術
發(fā)布時間：2016-03-07
大量試驗結果表明，在同樣焊接規(guī)范下，相對于傳統(tǒng)單一熱源焊接，激光-電弧復合焊可以明顯增大熔深，由于可在較小的激光功率下獲得同樣的效果，故在一定程度上降低了成本。激光-電弧復合焊還能夠減少氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷的產生，改善熔化金屬與固態(tài)母材的潤濕性、消除焊縫咬邊現(xiàn)象，減少對焊縫的加工、裝配勞動量，提高了生產效率。
特別值得指出的是，焊接變形是船舶制造業(yè)中需要解決的主要問題之一。在船體制造過程中，焊接工時和焊接成本占船體建造總工時和總成本的很大一部分，其中焊接變形導致的成本增長占有相當比例。激光-電弧復合焊接變形量非常小，焊后的修整工作量大為減少，進一步降低的船舶制造的成本，節(jié)約了時間，提高了效率。目前歐美及日本的一些造船廠已經采用激光-電弧復合焊技術，例如德國的Meyer造船廠已經全部采用激光-電弧復合焊接方法進行輪船的焊接。研究證實，厚度≤15毫米、長度≤20米鋼板的焊接速度能夠達到每分鐘3米。
焊接生產效率和焊接質量直接影響到船舶加工制造的生產周期、成本費用以及船體質量，所以焊接技術成為船舶加工制造以及船舶工業(yè)發(fā)展中的一項關鍵技術。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接具有高效、清潔、熱影響區(qū)窄、接頭變形小等諸多優(yōu)勢。這是因為：激光束能量密度極高，功率密度達106~108W/cm2，深寬比大，對高熔點金屬等難焊材料有較好的焊接效果；同時，激光焊接速度快，熱輸入小，從而熱影響區(qū)很小，材料變形及殘余應力小。 但是，激光焊接應用也存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在焊接成本較高，能量轉換效率低等方面。這一情況促進了激光-電弧復合焊接技術的發(fā)展。
激光-電弧復合焊結合了激光和電弧兩個獨立熱源各自的優(yōu)點：激光熱源具有高的能量密度，而電弧等離子體具有高的熱-電轉化效率、低廉的設備成本的運行成本；又在很大程度上避免了二者的缺點，如金屬材料對激光的高反射率造成的激光能量損失、電弧熱源較低的能量密度、高速移動時放電穩(wěn)定性差等。二者的有機結合形成了其突出的優(yōu)勢：高的能量密度、高的能量利用率、高的電弧穩(wěn)定性等，使之成為具有極大應用前景的新型焊接技術。
激光-電弧復合焊的基本原理是：焊接過程中激光束與電弧同時作用于金屬表面同一位置，因激光作用而產生光致等離子體云會降低激光能量利用率，外加電弧后，電弧等離子體會使激光致等離子體稀釋，使激光能量傳輸效率得以提高；同時電弧使母材溫度升高，母材對激光的吸收率也得以提高。同時，激光熔化金屬為電弧提供自由電子，降低了電弧通道的電阻，使得電弧的能量利用率也提高，從而使總的能量利用率提高。激光束對電弧還有聚焦引導作用，使焊接過程中的電弧更加穩(wěn)定。