激光焊接技术在船舶制造中的发展及应用探究

激光焊接技术的研究现状及应用

摘要：随着科学技术的日益发展，激光焊接技术在社会各行各业中广泛应用的领域也在不断扩大，对国民经济和工业社会的发展都具有重要的促进意义，当前世界上各个发达国家也都在不断加强对激光焊接技术的研发。同时，由于环境保护意识的提升和自动化程度要求的不断提高，激光焊接技术也迎来了蓬勃发展的机会。随着激光焊接技术的日益发展，在生产制造业中的运用也越来越普遍。该文重点对激光焊接技术的发展现状以及应用的领域展开了深入研究，并期望可以为相关科技的进一步发展提供参考。

关键词：激光；焊接技术；研究应用

引言

激光是受到激发辐射后产生并放大的一种可见光。激光技术属于精密加工技术，由于其辐射速度快、辐射功率高、响应速度快、辐射面积较小以及可控性强，在较短时间内可以实现精密切割、加热和焊接功能，所以在近现代工业领域，如机械工程、微电子工程、汽车工程以及生物医学等领域里被广泛使用。激光焊接技术无论是在大型件焊接方面，如机车车盖的焊接，还是在微焊接方面，如集成电路的微焊接，只要针对不同的焊接工况，选用不同焊接技术和焊接类型、改变焊接参数等方式，都能实现所需焊接要求。

1激光焊接技术概况

与其他传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是速度快、深度大、变形小；能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单；可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好等。同时，激光焊接也存在着一定的局限性，要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。

2焊接技术难点 2.1复杂焊接结构

一个完整的焊接体涉及的焊缝种类繁多，如平对接焊缝、平角焊、漏焊、交替间断焊接;同一类型的焊缝焊高也不相同，不同焊缝类型焊接方式、焊接工艺参数也各不相同。以平对接焊缝为例，当母材板较厚时，需要多层多道焊接，而母材板较薄时需要降低电压及减小电流来防止母材烧穿。可见，不同的焊缝参数要对应不同的焊接工艺参数，由此产生的不确定性是自动化焊接的最大难点。

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激光一电弧复合焊接技术综述　

Ｒｅｖｉｅｗ◎皿　＠　＠　⑧Ⅱ◎　ｙ　ｅ￣Ｌａｓｅｒ：Ａｚｃ　ＨＸＳｉ￣　Ⅱ　

文／合肥工业大学材料科学与工程学院　许新猴　

摘　要：本文阐述了激光一电弧复合焊接技术的基本原理、工艺特点以及激光与电弧之间的复合　型式，简单介绍了目前国内外激光一电弧复合焊接技术在船舶、汽车、石油化工等制造工业中的　应用，激光一电弧复合焊接技术工艺上的优势将使其在工业制造领域有着广阔的应用前景。　关键词：激光一电弧复合焊接；工艺特点：复合型式：工业应用　

１　刖　吾　相对于传统的ＴＩＧ焊、Ｍ１Ｇ／ＭＡＧ焊等　热源　

焊接而言，激光一电弧复合焊接技术具有焊接熔　深大、焊接速度快、焊后变形小、焊接热影响　

区窄、焊缝成形好、熔池桥接能力强、焊接接　头性能好等特点，是一种可靠性高、适应性强　的焊接工艺方法；与传统单热源焊接相比，激　

光一电弧复合焊接能够通过激光与电弧问的相互　

作用有效改善传统单热源焊接中的常见缺陷，　如烧穿、咬边、孔隙等。南于激光一电弧复合焊　

接技术具有以上工艺特点，其在汽车、造船、　

石油化工等　业领域越来越得到广‘泛的应用。　

２　激光一电弧复合焊接基本原理　

激光一电弧复合焊接的基本原理　如　１所示，　焊接过程中激光束与电弧同时作用于金属表面同　

一位置，焊缝＿Ｌ方冈激光作用而产生光致等离子　

体云，等离子体云对入射激光的吸收和散射会降　

低激光能量利，｝｝Ｉ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　作者简介：订：新猴．　．台肥＿ｒ业大学硕士研究牛．研究加　＿】魁澈）匕懈接技术　

Ｊ一８现代焊接２０１４年第１　１期总第１４３期　１　激光一电弧复合焊接原珊　

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『ｊ南　

电子，降低了电弧通道的电阻，电弧的能世利用　率也提高，从而使总的能量利用率提高，熔深进　

激光焊接技术的研究现状及发展趋势探究

1. 引言

1.1 激光焊接技术的定义

激光焊接技术是一种利用激光束将热能集中到焊接点进行熔化并连接材料的先进焊接方法。通过激光束高能量密度和高束质量，可以实现快速、高效、精确的焊接过程。激光焊接技术在金属、塑料、陶瓷等材料的连接中广泛应用，具有焊缝小、热影响区少、变形小等优点。随着激光技术的不断进步和发展，激光焊接技术已成为现代制造业中一种重要的焊接方法，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、医疗器械等领域。激光焊接技术的发展为加工技术的进步和产品质量的提高提供了重要支持，是当前研究和发展的热点之一。

1.2 激光焊接技术的重要性

1.提高生产效率：激光焊接技术具有快速焊接速度、操作简便等特点，可以大幅提高生产效率，节约人力、时间和成本。

2.提高焊接质量：激光焊接技术能够实现高精度的焊接，焊缝质量好，可以避免气孔、裂纹等焊接缺陷，确保焊接连接的牢固性和稳定性。

3.拓展适用范围：激光焊接技术可以应用于各种金属材料的焊接，包括高熔点金属和难焊材料，具有很强的适用性和通用性。 4.降低能源消耗：相比传统焊接方法，激光焊接技术采用光能作为热源，能量利用效率高，节能环保，有利于减少对环境的影响。

激光焊接技术在制造业中的重要性不容忽视，其在提高生产效率、提高焊接质量、拓展适用范围和降低能源消耗等方面的优势，使其成为现代工业领域中备受重视的焊接技术之一。

2. 正文

2.1 激光焊接技术的研究现状

1. 激光焊接技术的发展历程：激光焊接技术自20世纪70年代开始逐渐发展，并在各个领域得到广泛应用。随着激光技术和光学技术的不断进步，激光焊接技术的研究也得到了快速发展。

2. 激光焊接技术的研究热点：当前的研究主要集中在提高焊接质量和效率、拓展适用范围、降低成本和提高稳定性等方面。利用不同波长的激光进行焊接，探索新的焊接材料、优化焊接参数等。

维普资讯 蘑舶焊接　石功奇等：船用钢结构的激光焊接以及激光一ＭＡＧ复合焊接　第６期　

就使用新工艺降低重复作业所带来的成本降低一　

个方面，就能够说明激光焊接系统的较高投资成本　

是值得的。激光焊接在船舶工业中的应用研究开始　

于２０世纪８０年代，使用ＣＯ：激光可焊接板厚２０　ｍｍ　

的钢【２－３１。　

近年来，欧洲各个主要船舶厂已采用大规模的　

ＣＯ：激光焊生产线代替了部分传统电弧焊的壁板　

生产线（如德国的Ｍｅｙｅｒ　Ｗｅｒｆｔ［４－￣，Ｂｌｏｈｍ＋Ｖｏｓｓ［６－￣。　

除此以外，意大利的Ｆｉｎｃａｎｔｉｅｒｉ激光壁板对接焊不　

是投入使用就是正在投资建设之中　，丹麦的Ｏｄｅｎｓｅ　

钢船厂也在使用激光焊接”ｏｌ。除欧洲以外，美国的　

Ｂｅｎｄｅｒ船厂也在积极行动Ｉ】”。　

１激光技术的发展　

最初，只有ＣＯ：激光器能够提供数千瓦的高能　

量来焊接船舶的带筋壁板。如今，商用固态Ｎｄ：ＹＡＧ　

激光器可以提供功率水平高达６　ｋＷ以上的能量，　

能够用于厚板焊接。尽管这些固体激光器每千瓦的　

造价要高于ＣＯ：激光器，并且也不能够达到像Ｃ０：　

激光器那样的能量水平（商用ＣＯ：激光器功率能达　

到２０ｋＷ），但是它们与ＣＯ：激光器相比，的确有一个　

很重要的优势：ＣＯ：激光（波长１０．６　ｒｎ）只能通过反　

射镜控制传输方向，而Ｎｄ：ＹＡＧ激光（波长１．０６　ｍ）　

则能通过具有柔性的光学纤维来传导，使用机器手　

来操作焊枪更为简单。灯电磁辐射Ｎｄ：ＹＡＧ激光作　

为可精确传导大能量的可靠加工工具，适合于柔性　

制造环境，如汽车行业。近年来，Ｎｄ：ＹＡＧ激光技术可　

生产高达６　ｋＷ能量的商业化激光系统。　

尽管Ｎｄ：ＹＡＧ激光技术在可靠性和工艺的操　

作性上都比ＣＯ：激光技术有了很大的进步，但在实　

际的工业生产应用中，它较低的能量利用率依然是　

一个非常明显的缺陷。结构紧凑，但效率低下，只有　

３％的输入能量被实际转化为了激光束的输出能