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![[电弧,激光,特点]机械激光―电弧复合焊接的技术特点及作用](https://img.taocdn.com/s1/m/ce3f370028ea81c759f57895.png)
机械激光―电弧复合焊接的技术特点及作用近年来，随着激光设备和电弧设备性能的提高，机械激光-电弧复合焊接技术也成为了研究的重点，因而需要深入了解激光-电弧复合焊接技术的发展背景，总结技术特点延伸实际应用，让激光-电弧复合焊接技术在实际需求中发挥重要作用。
一、机械激光-电弧复合焊接技术的发展背景机械激光-电弧复合焊接技术是为了满足特定材料的加工焊接要求，综合利用机械激光焊接和电弧焊接的优势，将其物理性能和能量传输性能以恰当的方式融合到一起，形成的一种科学先进的技术手段。
将电弧焊接和激光焊接技术取长补短的结合起来形成的激光-电弧复合焊接技术具有经济、高效的特点，解决了许多材料的加工要求，实现了优质的焊接。
电弧焊接是应用最早且在材料技术上运用较普遍的焊接的技术，将电能转换为热能完成金属之间的连接，分为非熔化极电弧焊接和熔化极电弧焊接，但是由于电弧能力分布密度特性，导致焊接速度较慢，焊接的深度和熔度较浅，造成材料容易焊接变形，并且生产效率较低。
激光焊接可以利用高达107W/cm2的能量密度形成小孔和等离子体时的热加工，激光焊接速度比较快，材料变形较少，通过较少的热输入量形成深度比大的良好焊接效果，从而实现精密焊接。
但是也存在着一定的缺点，即焊接接头的间隙要求较高、焊接过程的稳定性和激光能量的利用率较差、焊接厚度较高的材料成本过高。
为顺应时代发展，综合焊接需求，针对电弧焊接和激光焊接的优劣，在20世纪70年代末，英国伦敦帝国大学对复合焊接工艺进行了研究，提出了电弧与激光焊接结合的工艺概念，随后英国学者和美国等科学研究者利用了激光配合一定量的辅助电弧，形成了现如今激光-电弧复合焊接的技术工艺，解决了焊接熔深浅问题和生产成本过高的问题，有效的提升了能量的利用率，提高了焊接的生产效率。
二、激光-电弧复合焊接的原理激光―电弧复合焊接技术在工作时，激光及电弧同时作用在金属表面的一点上。
在激光的作用下，焊缝的上方会产生一定的等离子体云，这种等离子体云会吸收及散射进行射入过程中的激光，从而降低了激光能量的功能。
复合激光焊接工艺：
复合激光焊接工艺是一种结合了激光焊接和电弧焊接的工艺方法。
这种工艺方法利用激光的高能量密度和电弧的深熔穿透能力，实现了高效率、高质量的焊接。
在复合激光焊接工艺中，激光和电弧同时作用于焊接区域，激光提供高能量密度，电弧提供足够的热源来扩大熔深。
这样可以提高焊接速度和焊接效率，同时减少焊接缺陷，提高焊接质量。
复合激光焊接工艺具有以下优点：
1.高效性：复合激光焊接工艺结合了激光和电弧两种热源，可以同时利用两种热源的
优势，提高焊接速度和效率。
2.优质性：复合激光焊接工艺可以实现深熔焊和高速焊，提高了焊接质量，减少了焊
接缺陷。
3.灵活性：复合激光焊接工艺可以适用于多种材料和厚度，可以根据不同的需求调整
工艺参数。
4.可重复性：复合激光焊接工艺可以重复进行相同的焊接操作，提高了生产效率和质
量。
5.环保性：复合激光焊接工艺不需要填充材料，减少了焊渣和有害气体的产生，有利
于环保。
激光电弧复合焊在钢结构中的应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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激光焊接技术作为新型的焊接工艺被越来越多人所熟知。
激光焊接效率高，焊接变形小，被广泛应用于汽车制造、航空航天、军工、五金制造等。
特别是手持激光焊的出现，加快了激光焊接在工业生产中的应用。
一般来说，激光电弧复合焊采用激光和电弧双热源，共同作用在材料表面，实现材料的熔化，随着热源的移动，熔池凝固形成连续焊缝。
激光电弧复合焊一般应用在厚板焊接中，其优势比较明显。
在焊接效率方面，激光电弧复合焊的效率为传统弧焊效率的3倍以上，在焊材（焊丝、气体）消耗方面，激光电弧复合焊是传统焊接的1/5左右。
且激光电弧复合焊在焊接厚板时不需要开坡口，省时省力。
因此，在船舶行业中船板拼焊、工程机械中起重机吊臂的焊接均采用了该技术。
奔腾激光为某军工产品焊接研发的20KW激光电弧复合焊接机随着MIG/MAG技术的不断发展，激光电弧复合焊同样适用于薄板的高速焊接。
近期，奔腾激光联合某家电企业巨头，联合研发了激光+microMIG复合焊接技术在电热水器钢制内胆焊接中的应用。
在传统制造中，热水器内胆采用等离子焊接工艺。
等离子焊接采用等离子弧高能量密度束流作为焊接热源的熔焊方法。
等离子弧功率密度低，能量集中性低于激光，因此无法实现高速焊接，这就限制了热水器内胆的生产效率。
激光作为能量密度最高的热源，被广泛应用在锂电池造纸、汽车零部件、航空航天部件，军工等产品的焊接中。
但是激光焊接也存在一定的应用局限，例如在激光自熔焊工艺中，对焊缝组对间隙要求很高，间隙一致性高，间隙小。
因此，为实现高速焊接要求，且焊缝要求饱满，表面余高大的前提下，需要采用激光电弧复合焊工艺。
热水器碳钢内胆厚度一般小于2mm，属于薄板厚度范围。
传统的MIG/MAG与激光进行复合后焊接，会导致焊缝热输入量大，焊缝HAZ 区域变大，硬度提高，不利于提高内胆的疲劳强度。
因此，奔腾激光提出采用激光+microMIG(CMT)焊接工艺。
激光+ microMIG(CMT)复合既可以实现全熔透的激光高速焊接，microMIG(CMT)又可以保证焊缝表面成形及余高。
激光辅助电弧焊接工艺的研究与应用引言近年来，激光技术在工业领域的应用越来越广泛。
其中，激光辅助电弧焊接工艺因其高效、高质的特点备受关注。
本文将探讨激光辅助电弧焊接工艺的研究与应用，并分析其优势和挑战。
一、激光辅助电弧焊接工艺的原理激光辅助电弧焊接工艺是通过激光束照射到焊接区域，提高焊接区域的温度，增强电弧焊接过程中的熔深和熔池稳定性。
激光束的能量可以通过调节激光功率和焊接速度来控制，从而实现对焊接质量的精确控制。
二、激光辅助电弧焊接工艺的优势1. 提高焊接速度：激光辅助电弧焊接工艺可以通过增加焊接速度来提高焊接效率，从而减少生产周期和成本。
2. 提高焊接质量：激光束的照射可以使焊接区域的温度均匀分布，减少焊接缺陷的产生，提高焊缝的质量。
3. 减少热影响区域：激光辅助电弧焊接工艺可以集中能量在焊接区域，减少热影响区域的大小，降低对工件的热变形。
三、激光辅助电弧焊接工艺的应用1. 航空航天领域：激光辅助电弧焊接工艺可以用于焊接航空航天部件，如飞机机身、发动机部件等。
其高效、高质的特点可以提高航空器的安全性和可靠性。
2. 汽车制造领域：激光辅助电弧焊接工艺可以用于汽车制造中的焊接工艺，如车身焊接、发动机焊接等。
其快速、精确的焊接特点可以提高汽车的结构强度和安全性。
3. 石油化工领域：激光辅助电弧焊接工艺可以用于石油化工设备的焊接，如管道、储罐等。
其高效、高质的特点可以提高设备的使用寿命和安全性。
四、激光辅助电弧焊接工艺的挑战1. 设备成本高：激光辅助电弧焊接设备的价格相对较高，对于一些中小型企业来说，投资成本较大。
2. 操作技术要求高：激光辅助电弧焊接工艺需要操作人员具备较高的技术水平，对操作人员的要求较高。
3. 环境要求高：激光辅助电弧焊接工艺对工作环境的要求较高，需要保持干净、无尘的环境，以确保焊接质量。
结论激光辅助电弧焊接工艺是一种具有广阔应用前景的焊接技术。
通过对激光辅助电弧焊接工艺的研究与应用，可以提高焊接速度和质量，减少热影响区域，广泛应用于航空航天、汽车制造、石油化工等领域。
激光复合焊工艺在造船厂的应用ace=楷体_GB2312>在金属连接技术工艺里一方面要求焊接速度高变形小，另一方面要有很好的焊缝搭桥能力，而传统单一的激光焊接工艺是不可能解决上述问题的。
本文主要介绍激光--MIG复合焊相对与其他焊接技术的优势及其在船舶工业的应用，这是一种高质高效、新型的焊接方法。
前言随着焊接技术的不断研究和创新，一种高质高效的焊接技术在船舶工业的制造的领域中得到不断的应用，这是一种新型的，特殊的焊接方法--激光--MIG复合焊。
我们ace=楷体_GB2312>在金属连接技术工艺里一方面要求焊接速度高变形小，另一方面要有很好的焊缝搭桥能力，而传统单一的激光焊接工艺是不可能解决上述问题的。
本文主要介绍激光--MIG复合焊相对与其他焊接技术的优势及其在船舶工业的应用，这是一种高质高效、新型的焊接方法。
前言随着焊接技术的不断研究和创新，一种高质高效的焊接技术在船舶工业的制造的领域中得到不断的应用，这是一种新型的，特殊的焊接方法--激光--MIG复合焊。
我们知道在金属连接技术工艺里一方面要求焊接速度高变形小，另一方面要有很好的焊缝搭桥能力。
大家知道传统单一的激光焊接工艺是不可能解决上述问题的。
毋庸质疑激光焊和熔化极气体保护焊工艺的开发应用已经有着很长的时间了并且它们在材料连接技术里有着广泛的应用领域。
激光复合焊就是将这两种焊接技术（激光焊接和电弧焊接）有机的结合起来，从而获得了优良的综合性能，在提高焊接质量和生产工艺性的同时，改善了成本效益比。
目前，激光复合焊已在船舶工业上取得了令人瞩目的成绩，并且这种技术的经济性也是非常诱人的。
尤其重要的是，激光复合焊的焊接精度高，可以获得非常好的机械/工艺性能。
复合焊的激光电源可以选配不同的激光源，目前主要研究的是将：CO2激光，YAG激光，光纤激光与GMAW工艺的复合。
怎样使用焊缝跟踪系统的激光复合焊小车，进行长焊缝的焊接，被提到研究日程。
激光-电弧复合焊接技术的研究进展及应用现
状
激光-电弧复合焊接技术是一种新兴的焊接成形技术，它的出现
使焊接的效率大幅度提高，并且能够生产卓越的焊接质量，广泛应用
在苛刻的工业环境中。
激光-电弧复合焊接技术，用先进的激光焊接技术，将大功率的
激光束同电弧火焰和保护气体协同作用，以焊接高性能金属材料。
激
光-电弧复合焊技术具有低温焊接、节能效率高、焊接速度快、焊接质
量稳定等优点。
激光-电弧复合焊技术在基础研究领域，有其重要的研究进展，
如激光-电弧复合焊技术在空间条件下的应用研究，在电弧焊与激光焊
的组合应用等。
激光-电弧复合焊技术在实际应用中，应用于各种航空
航天、汽车制造、过程控制设备、智能装备、各种工程结构件的制造
等领域，已经在能源工程、石油、化工等行业取得了满意的效果。
激光-电弧复合焊技术的发展前景也非常乐观，将朝着智能化、
定制化、小批量化、大规模统一生产等目标迈进。
例如在智能化方面，运用柔性操控、智能调节和智能优化等使激光-电弧复合焊技术的智能
化的程度更上一层楼，再结合深度学习等技术，有望实现成型质量如
痕迹般可控和重复；同时，将在新材料的开发和运用上，加入特殊元
素以改善焊接性能，提升激光-电弧复合焊技术的应用效率。
总之，激光-电弧复合焊技术发展迅速，它的出现为众多苛刻环
境中的焊接尽心提供了便利。
随着技术、材料以及运用形式的不断完
善和发展，激光-电弧复合焊技术将在变革和创新中保持其领先的地位，为人类的技术进步做出更多的贡献。
哈尔滨工业大学激光-电弧复合焊接技术及其应用学XXX生：XXXXXX学号：班XXXXXX级：2013年 月 日摘要：结合国内外激光-电弧复合焊的研究现状，概括了激光-电弧复合焊的特点、激光电弧复合方式。
介绍了激光-电弧复合焊接技术特点、阐述了此技术的原理、优势及其应用前景。
关键词：激光-电弧复合；焊接；应用激光焊接以其能量密度高、焊接速度快、变形小、熔深大和易实现自动化等优点而被广泛应用于各种结构件的焊接。
但是，与其他焊接热源一样，激光焊也有其缺点：设备投资大，能量利用率低，焊前的准备工作要求高，接头中易产生气孔、裂纹、咬边等缺陷。
为避免单独激光焊所存在的问题，激光-电弧复合焊是最好的选择。
激光-电弧复合焊将激光焊和电弧焊两种工艺相结合，取长补短发挥各自优势，不仅能获得好的焊接质量和生产效益，而且还能降低成本，实现高效、优质的焊接[1]。
0 背景及基本原理激光电弧复合焊接始于20世纪70年代末，由英国伦敦帝国大学学者W.M.Steen首先提出，但直到最近几年，由于工业生产的需要，才逐步成为国际焊接界的关注焦点，并得到了广泛重视。
目前，作为一种新兴焊接技术，在德国、日本等发达国家已先后进入了工业化应用阶段。
激光-电弧复合焊接的原理如图1所示，激光与电弧同时作用于金属表面同一位置，焊缝上方因激光作用而产生光致等离子体云，等离子云对入射激光的吸收和散射会降低激光能量利用率，外加电弧后，低温低密度的电弧等离子体使激光致等离子体被稀释，激光能量传输效率提高；同时电弧对母材进行加热，使母材温度升高，母材对激光的吸收率提高，焊接熔深增加。
另外，激光熔化金属，为电弧提供自由电子，降低了电弧通道的电阻，电弧的能量利用率也提高，从而使总的能量利用率提高，熔深进一步增加[6]。
激光束对电弧还有聚焦、引导作用，使焊接过程中的电弧更加稳定[2]。
图2. 工业用复合焊炬产品图1. 激光-电弧复合焊接原理多年的复合热源焊接基础研究，证明了激光-电弧复合焊接热源的优势和工业应用的可行性，国内外多家研究机构和企业同时开展了专用设备的研制。
哈工大的陈彦斌教授研制了一种利用空心钨极尖端产生电弧，激光从空心钨极中间穿过环状电弧到达工件表面的CO2激光-TIG同轴复合焊炬；兰州理工大学的樊丁与日本大阪大学的中田一博等人联合设计YAG激光-脉冲MIG电弧复合焊炬[8]；清华大学的张旭东、陈武柱申请了激光-电弧同轴复合焊炬的专利。
但国内还没有出现商业化的激光-电弧复合焊接设备。
国外从事这方面的研究机构较多，如德国的Fruanhofer激光技术研究院(ILT);、英国的焊接研究所（TWI）、乌克兰巴顿焊接研究所（Paton）、日本三菱重工等。
在日本及欧美一些发达国家，由于工业上的需求，各式的实用复合焊炬已应运而生，比较著名的激光-电弧复合焊专用设备的生产厂家有HIGHYAG和Fronius。
其典型复合焊炬产品如图2所示。
1 激光-电弧复合热源焊接的特点激光-电弧复合热源焊接是将电弧与较小功率的激光配合一起从而获得大熔深的焊接方法。
它是将两种物理性质、能量传输机制截然不同的热源复合在一起，共同作用于工件表面，从而实现对工件进行加热完成焊接的过程。
采用激光与电弧的复合方式可以充分地发挥两种热源的优势，弥补双方的不足，是一种新型、优质、高效、节能的焊接方法。
在同等条件下，激光-电弧复合焊比单一的激光焊或电弧焊具有更强的适应性，焊缝的成型性更好。
其优点如下[3]：(1) 提高了焊接接头的适应性。
由于电弧的作用降低了激光对接头间隙的装配精度的要求，因此可以在较大的接头间隙下实现焊接。
(2) 增加了焊缝的熔深。
在激光的作用下电弧可以到达焊缝的深处，使得熔深增加。
其次由于电弧的作用会增大金属对激光的吸收率也是熔深增大的原因。
(3) 改善焊缝质量，减少焊接缺陷。
激光的作用使得焊缝的加热时间变短，不易产生晶粒过大而且使热影响区减小，改善焊缝组织性能。
由于在电弧的作用下复合热源能够减缓熔池的凝固时间，使得熔池的相变充分的进行，而且有利于气体的溢出，能够有效地减少气孔、裂纹、咬边等焊接缺陷。
(4) 增加焊接过程的稳定性。
由于激光的作用在熔池中会形成匙孔，它对电弧有吸引作用，从而增加了焊接的稳定性。
而且匙孔会使电弧的根部压缩，从而增大电弧能量的利用率。
(5) 提高生产效率，降低生产成本。
激光与电弧的相互作用会提高焊接速度，由于电弧的作用使得用较小功率的激光器就能达到很好的焊接效果，与激光焊相比可以降低设备成本。
2 激光-电弧的复合方式激光-电弧复合热源使用的激光器一般有CO2激光器和Nd:YAG激光器。
根据激光与电弧的相对位置不同可分为[3]：同轴复合，即激光与电弧处于同轴共同作用于工件的同一位置；旁轴复合，即激光束与电弧以一定的角度共同作用于工件的同一位置。
激光与电弧的旁轴复合根据不同情况又可分为激光在电弧前和激光在电弧后两种。
激光与电弧的相对位置不同会对焊缝的表面成形和内部的性能产生重大的影响。
高志国等[4]对激光-MIG复合焊中激光与电弧前后位置对焊缝成形影响的研究表明，激光束在电弧前，焊缝的上表面成形均匀且饱满美观，特别是在焊接速度较大的情况下效果更明显；而电弧在激光束前，焊缝的上表面会出现沟槽。
通过对焊缝的成分及性能进行分析，得知两种情况下Mg元素含量都是从焊缝上部到下部递增，而激光在电弧前焊缝上部的硬度小于下部，激光在电弧后焊缝上部的硬度大于下部的硬度。
出现这种情况的原因是电弧在后时，热源作用面积大，热源移走后焊缝冷却慢而有利于熔池中的气体溢出，因此成型好；而且电弧热源作用于激光后相当于对焊缝进行一次回火而其热量不能传输到焊缝较深处，故而下部未回火，因此焊缝上部的硬度小于下部。
不仅激光与电弧的前后不同对焊接过程有影响，激光与电弧的间距不同对焊接过程也有影响。
胡连海等[6]的研究表明，激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过度有影响，在高速MIG焊接时熔滴过度很不稳定，而激光-MIG复合焊接时，由于激光等离子体对熔滴的热辐射作用和对电弧的吸收作用改变了电弧的形态及相应的熔滴的受力状态，使得熔滴的过渡过程发生了变化，对于不同的焊接电流，存在不同的最佳激光与电弧间距。
在最佳间距下，熔滴过度形式为单一的稳定射流过度，电流电压恒定，焊缝成形良好[1]。
根据电弧的不同，目前激光-电弧复合焊方法主要有：(1) 激光-TIG复合焊。
它的焊接速是激光焊的几倍以上，多数用于薄板高速焊，也可用于不等厚材料对接焊缝的焊接。
这种复合方法是激光复合焊中最早进行研究的。
Matsuda等研究表明，当焊速为0.5~5 m/min 时，用5kW的激光配合300A的TIG电弧其熔深是单独5 kW激光焊接熔深的1.3~2.0倍，而且焊缝不出现咬边和气孔的缺陷。
Avilov应用“阳极间隙法”测量电流密度,结果表明，在电弧复合激光作用之后，其电流密度得到明显的提高。
(2) 激光-MIG复合焊。
利用填焊丝的优势可以改善焊缝的冶金性能和微观组织结构，常用于焊接中厚板。
因此这种方法主要用于造船业，管道运输业和重型汽车制造业。
在德国已将这种复合技术研制到了实用阶段，Fraunhofer研究所已研制出一套激光-MIG复合热源焊接储油罐的焊接系统，它能有效地焊接5~8mm厚的油罐。
(3) 激光-等离子复合焊。
激光与等离子复合一般采用同轴复合方式。
等离子弧具有刚性好、温度高、方向性好、电弧易引燃等优点，非常有利于进行复合热源焊接。
Blundell等人采用激光-等离子复合焊高速焊接0.16mm厚的镀锌板时发现，焊接时电弧非常稳定，即使是在90 m/min 时电弧也很稳定而且不会出现单纯激光焊接时的缺陷，而单独激光焊接时在48 m/min时就会出现电弧不稳现象而且还会出现焊接缺陷[1]。
3 激光-电弧焊接的应用[2]3.1 在汽车工业中的应用汽车行业中，随着车辆运输设备朝着轻量化发展，车身框架结构中也更多地引入了铝、铝镁等轻质合金，其旨主要为了节约能源，减少污染，改善车辆机动性能以及车身材料的再生性。
典型的铝合金车型有德国大众的Audi A2、A8及日本本田的NXS，大众的新款Audi A8更是采用了全铝合金框架结构。
在铝合金车身焊接图4. 辉腾车型前车门及搭接复合焊缝图3. Audi车身横向顶框激光-电弧复合焊缝中，以前主要采用激光焊和熔化极气体保护焊，随着激光-电弧复合焊工艺的成熟，车身焊缝复合焊所占比例也逐步上升。
Audi A8车身焊缝中有4.5m长激光-电弧复合焊，主要分布在车架的横向顶框上，如图3所示。
其激光输出功率为3.8kW，焊接速度3.6m/min，送丝速率4.5m/min。
辉腾(plaeton)系列车身中，所有的车门都采用了复合焊接.，图4为其前车门结构示意图，这些车门焊缝总长4980mm,7处为熔化极气体保护焊，焊缝长380mm；11处为激光焊，焊缝长1030；48处为复合焊，焊缝长3570mm。
激光-电弧复合焊接在汽车制造业中是一种全新的连接技术，两者能量的协同优化作用，使得应用愈来愈广，特别是在代替原来激光焊接焊前装配要求很严格或是焊接性能不可能达到要求的部位。
通过选择不同的工艺参数，获得需要的焊缝形貌及其结构组成，电弧部分通过填充焊丝增加焊缝桥接能力，降低焊前装配要求，而激光增加熔深，两者的复合，工艺更加稳定。
宽广的应用和工艺的低适应性，使得复合焊在汽车制造中减少设备成本投入，缩短生产周期，降低生产成本，对提高生产力起到了显著的效果[2]。
3.2 在造船业中的应用一般船体结构中，钢结构占主体，传统的焊接方法为手工电弧焊和MIG/MAG焊(见表1);，但效率较低。
激光-电弧复合焊接是一种实效的连接方法，它在美国海军连接中心(NJC)和爱迪生焊接研究所(EWI)的“船体结构复合热源焊接”合作项目中得到证实。
NJC/EWI针对船体结构件的复合热源焊接技术进行了系统的研究，在船体的结构件焊接过程中对激光-MIG复合热源焊接与常规焊、激光焊进行比较研究，研究内容包括了焊接效率、材料特性、接头形式、焊缝变形等多方面。
焊缝接头通过弯曲、拉伸等试验，证明激光电弧复合焊技术完全满足美国海军典型船结构材料焊接结构的要求。
图5为常规焊、激光焊接和复合热源焊接的试验结果对比。
在焊接结果中可明显看出激光-MIG复合热源焊接的优势。
图3. 不同焊接热源之间的试验结果对比图5. 不同焊接热源之间的试验结果对比激光-电弧复合焊应用于造船业的第一条生产线于2002年在德国Meyer-Werft造船厂实现,该生产线采用CO2激光-GMAW复合热源，主要用于船体平板和加强筋焊接，如图6所示。
工艺过程实现自动化，如平板对接焊流程：计算机控制板料进给速度和边缘定位；板料夹紧；焊缝焊前研磨机预处理；板料进给拼缝；复合焊接；夹具松开，板料移走。
