近年來，激光加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中的各個行業(yè)。眾多行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級過程中選擇激光加工，讓激光應(yīng)用有了更廣闊的空間，也有了更多的創(chuàng)新和探索。據(jù)《2021年中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》數(shù)據(jù)顯示，2020年中國激光焊接的市場規(guī)模達110.5億元。隨著軌道交通、工程機械、船舶制造、鋼結(jié)構(gòu)等應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級需求，中厚板材焊接設(shè)備的需求會越來越多，激光焊接設(shè)備的滲透率將加速提升。

    激光焊接根據(jù)需求可以分為多種形式，激光自熔焊、激光填絲焊、激光復(fù)合焊等。其中，激光電弧復(fù)合焊是激光焊接工藝領(lǐng)域出現(xiàn)較晚的一種，這種焊接工藝尤其適用于中厚板材的焊接需求。一直以來，高端大功率激光電弧復(fù)合焊接設(shè)備被歐美先進制造強國所壟斷。國內(nèi)各大造船廠基本都引進了德國、意大利等國家的激光電弧復(fù)合焊接生產(chǎn)線，價格高昂，售后服務(wù)緩慢。為了打破這一被動局面，作為意大利EL.EN集團控股的中意合資企業(yè)奔騰激光，積極引進大量的海內(nèi)外專家和專業(yè)人才，在高功率激光焊接設(shè)備研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域不斷創(chuàng)新進取，推出了多款激光電弧復(fù)合焊接裝備，填補了我國多項產(chǎn)業(yè)空白。

激光電弧復(fù)合焊技術(shù)優(yōu)勢

     激光電弧復(fù)合焊（HLAW）是將兩種物理性質(zhì)和能量傳輸機制截然不同的高溫?zé)嵩磸?fù)合在一起，共同作用在材料表面，從而實現(xiàn)對材料加熱完成焊接的過程。采用激光電弧復(fù)合焊接方法可以充分發(fā)揮兩種熱源的優(yōu)勢，彌補單一熱源加工的劣勢，是一種新型、高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能的焊接方法。激光電弧復(fù)合焊相比單一的激光焊或者弧焊在中厚板材焊接過程中優(yōu)勢尤為明顯。

圖1奔騰激光20KW激光電弧復(fù)合焊接機

單獨采用激光焊存在的局限性主要包括：

Ø 激光束焦點直徑很小，因此熱作用區(qū)域小。激光焊對工件裝配間隙要求高，間隙兼容度低。特別是中厚板材，實現(xiàn)小間隙的焊前裝配困難。

Ø 激光對高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)材料的焊接比較困難，易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，同時熔池流動性差，使得焊縫成型差；

Ø 激光焊接時形成的等離子體對激光的吸收和反射降低了母材對激光的吸收率，使得激光能量利用率低；

Ø 焊縫冷卻速度快，高強鋼焊接時易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋。

單獨采用MIG/MAG電弧焊接存在的局限性主要包括：

Ø 單道焊縫熔深小；

Ø 厚板多層多道焊接時，電弧難以深入坡口底部，極易側(cè)壁引弧，使得坡口寬度較大，焊接效率較低；

Ø 焊接速度低，如果速度過大會造成電弧不穩(wěn)定；

Ø 焊接熱輸入大，熱影響區(qū)大，板材變形量大。

激光電弧復(fù)合焊不但可以彌補單一熱源焊接時的局限性，同時可以實現(xiàn)1+1＞2的特有效應(yīng)。激光和電弧的復(fù)合實質(zhì)是光致等離子體和電弧的耦合。

圖2激光電弧復(fù)合焊示意圖

在激光焊接過程中，外加電弧后，由于電弧產(chǎn)生的等離子體密度較低，因而使激光光致等離子體被稀釋，等離子體對激光的入射阻礙減小，增加了激光照射到材料表面的能量；在電弧焊接過程中，等離子體傾向于向電弧中心方向移動，當有激光照射在材料表面會產(chǎn)生大量等離子體，這些等等離子體會加強電弧的方向性和穩(wěn)定性，提高電弧的挺度。當激光電弧復(fù)合焊過程中采用電弧在前，激光在后的焊接方式后，電弧會擴大熱作用范圍，提高焊接搭橋能力，降低對焊接件拼縫間隙的裝配精度要求，這在中厚板焊接中尤為重要。此外，電弧焊接的加入，可以使焊絲填充焊縫，改變焊縫形貌。選擇不同的焊絲，還能調(diào)整焊縫化學(xué)冶金成分，改善接頭力學(xué)性能。

圖3 10mm 厚Q345B單面焊雙面成形

激光電弧復(fù)合焊應(yīng)用領(lǐng)域

奔騰激光焊接工藝研究中心通過長期實驗發(fā)現(xiàn)，激光電弧復(fù)合焊既有激光焊接速度快、熱影響區(qū)較小、焊縫窄、焊縫外觀好的優(yōu)點，又結(jié)合了熔化極氣體保護電弧焊在能源效率、間隙橋接能力、冷卻速度和能源耦合功率等方面的優(yōu)勢。其焊接速度的提高和熱輸入的減少使焊接變形大幅減少。因此，激光電弧復(fù)合焊會被應(yīng)用在高端產(chǎn)品的中厚板深熔焊接應(yīng)用中。典型行業(yè)包括：

1. 船舶制造行業(yè)

在船體建造中，焊接工時約占船體建造總工時的30% ～ 40%， 焊接成本約占船體建造總成本的30% ～ 50%。其中，焊接變形導(dǎo)致的成本增長占有相當比例。早在1994年，德國Meyer造船廠就開始使用激光電弧復(fù)合焊來生產(chǎn)由扁鋼制成的夾芯板作為腹板用于豪華郵輪甲板的制造。近年來，美國海軍進行了激光電弧復(fù)合在多個船體構(gòu)件建造中的應(yīng)用，比較典型的包括激光電弧復(fù)合焊在艦船管路、T型梁等焊接的應(yīng)用研究。在國內(nèi)，外高橋造船廠、招商重工船廠、廣船國際等均引進了德國IMG的激光電弧復(fù)合焊接設(shè)備；渤海造船廠、滬東船廠等均建成了激光電弧復(fù)合焊接工作站；將激光電弧復(fù)合焊技術(shù)引入到船體制造中。

2. 汽車零部件制造

近年來隨著汽車輕量化發(fā)展需求，車身結(jié)構(gòu)由空間框架轉(zhuǎn)向鋁復(fù)合車體方向。汽車鋁車身主要采用激光焊接工藝，由于激光束的焦點直徑小，對裝配間隙精度要求高，因此，在生產(chǎn)過程中存在設(shè)備成本高、工件準備工序要求嚴格等問題。這些問題可以通過激光電弧復(fù)合焊來解決。大眾汽車輝騰系列車型所有的車門都采用了激光電弧復(fù)合焊接工藝；德國奧迪汽車中，全鋁車身關(guān)鍵部位的焊接也采用了激光電弧復(fù)合焊。

3. 工程機械行業(yè)

低合金高強鋼具有較好的機械性能、良好的加工性能，較高的耐腐蝕性和較好的低溫性能，在工程機械行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。臂架是履帶起重機的主要承載及作業(yè)構(gòu)建，起著支撐、輔助變幅等作用，在整機安全和作業(yè)能力方面起至關(guān)重要的作用，其材質(zhì)一般采用低合金鋼材質(zhì)；汽車起重機伸縮臂也是起重機的重要部件，其材質(zhì)一般采用低合金超高強鋼。目前徐工、三一重工等吊臂焊接均采用激光電弧復(fù)合焊接工藝。該工藝可以穩(wěn)定高效的實現(xiàn)起重機吊臂主焊縫單面焊雙面成形，焊縫接頭拉伸性能和沖擊性能滿足相關(guān)工程應(yīng)用標準。且該工藝對吊臂焊縫接頭的間隙、錯邊等實際工況適應(yīng)能力強。在實際的工程應(yīng)用中速度可以達到1.2m/min無坡口焊接。

4. 軌道交通行業(yè)

鋁合金車體是現(xiàn)代軌道交通車輛的一個發(fā)展趨勢，焊接作為鋁合金車體各部件的重要連接形式，其焊縫靜力強度與抗疲勞強度直接影響著車體的結(jié)構(gòu)完整性和運營安全性，同時也制約著軌道交通車輛的進一步提速。目前，南車和北車多個生產(chǎn)基地均引入了激光電弧復(fù)合焊設(shè)備用于車體鋁合金部件焊接。

激光電弧復(fù)合焊應(yīng)用前景

圖4 6mm 厚Q235B單面焊雙面成形

圖5 6mm 厚Q960 單面焊雙面成形

根據(jù)中研普華研究院《2020-2025年中國激光電弧復(fù)合焊設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)調(diào)研報告》顯示:2020激光電弧復(fù)合焊設(shè)備制造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景趨勢規(guī)模分析：隨著“中國制造2025”行動綱領(lǐng)和“一帶一路”戰(zhàn)略的深入實施，制造業(yè)對自動化，智能化生產(chǎn)模式的需求日益增長，激光技術(shù)是現(xiàn)代高端制造前沿技術(shù)，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中將扮演重要角色，激光加工應(yīng)用也從一開始的食品、紡織、電子等輕工業(yè)領(lǐng)域，拓展至汽車、船舶、航天航空、軌道交通、高鐵、鋼結(jié)構(gòu)等重工業(yè)領(lǐng)域。奔騰激光積極布局高功率激光應(yīng)用領(lǐng)域，針對高功率切割、焊接、清洗，做了全面的工藝和技術(shù)革新部署。以新光源引領(lǐng)新應(yīng)用、用智能制造推動激光應(yīng)用市場，通過激光智能高端裝備的量產(chǎn)形成規(guī)模應(yīng)用市場。以不斷進取的態(tài)度積極踐行“做激光應(yīng)用專家，為客戶創(chuàng)造價值”奔騰激光核心價值觀，使得奔騰激光成為全球高功率激光應(yīng)用領(lǐng)導(dǎo)品牌。

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