電弧復合焊接技術
發布時間：2016-03-07
大量試驗結果表明，在同樣焊接規范下，相對于傳統單一熱源焊接，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母材的潤濕性、消除焊縫咬邊現象，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發展中的一項關鍵技術。與傳統的焊接方法相比，激光焊接具有高效、清潔、熱影響區窄、接頭變形小等諸多優勢。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、高速移動時放電穩定性差等。二者的有機結合形成了其突出的優勢：高的能量密度、高的能量利用率、高的電弧穩定性等，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定。