“大功率龍門式鐳射電弧複合焊接系統”完成工藝試驗正式投產

焊接，也稱作熔接、鎔接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑膠的製造工藝及技術。現代焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、鐳射、電子束、摩擦和超聲波等。焊接裝置是指實現焊接工藝所需要的裝備。焊接裝置包括焊機、焊接工藝裝備和焊接輔助器具。焊接裝置的主要型別有電焊機、火焰焊裝置和其他焊接裝置。

近日，中國船舶集團七一六所與七二五所聯袂打造的國內首套大功率龍門式鐳射電弧複合焊接系統完成工藝試驗及小批生產，正式投入生產使用。該系統在國內首次實現了18毫米鈦合金鐳射自融焊焊接技術，單面焊雙面成型，工件熱變形量小、成型美觀；可以實現20千瓦鐳射深熔焊，鐳射填絲焊及鐳射電弧複合焊，焊接跨度、鐳射功率、焊接方式等方面在國內處於領先水平。

龍門結構通俗地說一根橫樑連線兩個支腿與地面緊固組成的像一個門框一樣的結構。因為他是雙支撐結構區別於單支撐和懸臂結構，所以結構特別簡單。龍門結構製作方便，承受負載大，結構穩定，工程上廣泛應用。

鐳射焊接是利用高能量密度的鐳射束作為熱源的一種高效精密焊接方法。鐳射焊接是鐳射材料加工技術應用的重要方面之一。20世紀70年代主要用於焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導型，即鐳射輻射加熱工件表面，表面熱量透過熱傳導向內部擴散，透過控制鐳射脈衝的寬度、能量、峰值功率和重複頻率等引數，使工件熔化，形成特定的熔池。由於其獨特的優點，已成功應用於微、小型零件的精密焊接中。

鐳射深熔焊是鐳射焊的方式之一。當鐳射功率密度達到10^6~10^7W/cm^2時，功率輸入遠大於熱傳導、對流及輻射散熱的速率，材料表面發生汽化而形成小孔，孔內金屬蒸汽壓力與四周液體的靜力和表面張力形成動態平衡，鐳射可以透過孔中直射到孔底。這種現象稱為小孔效應。

鐳射-電弧複合焊接是用於鐳射束和電弧等離子體熱源的方法。結合了鐳射和電弧兩個獨立熱源各自的優點（如鐳射熱源具有高的能量密度、極優的指向性、及透明介質傳導的特性，電弧等離子體具有高的熱-電轉化效率、低廉的裝置成本的執行成本、技術發展成熟等優勢），極大程度地避免了二者的缺點（如金屬材料對鐳射的高反射率造成的鐳射能量損失、鐳射裝置高的裝置成本、低的電-光轉化效率等，電弧熱源較低的能量密度、高速移動時放電穩定性差等）。

同時二者的有機結合衍生出了很多新的特點（高能量密度、高能量利用率、高的電弧穩定性、較低的工裝準備精度以及待焊接工件表面質量等），使之成為具有極大應用前景的新型焊接熱源。可以用於複合的鐳射：CO2鐳射、YAG鐳射、半導體鐳射等可以用於複合的焊接電弧熱源：TIG、MIG、MAG、等離子弧等。

用於焊接的主要有兩種鐳射， 即CO2 鐳射和Nd：YAG鐳射。CO2 鐳射和Nd： YAG鐳射都是肉眼不可見紅外光。Nd： YAG鐳射功率一般能達到4 000~ 6 000W左右， 現在最大功率已達到10 000W。而CO2 鐳射功率卻能輕易達到20 000W甚至更大。

大功率的CO2 鐳射透過小孔效應來解決高反射率的問題， 當光斑照射的材料表面熔化時形成小孔， 這個充滿蒸氣的小孔猶如一個黑體， 幾乎全部吸收入射光線的能量， 孔腔內平衡溫度達25 000 e 左右， 在幾微秒的時間內， 反射率迅速下降。

CO2 鐳射器的發展重點雖然仍集中於裝置的開發研製， 但已不在於提高最大的輸出功率， 而在於如何提高光束質量及其聚焦效能。另外， CO2 鐳射10 kW以上大功率焊接時， 若使用氬氣保護氣體， 常誘發很強的等離子體， 使熔深變淺。因此，CO2 鐳射大功率焊接時， 常使用不產生等離子體的氦氣作為保護氣體。

電弧焊，是指以電弧作為熱源，利用空氣放電的物理現象，將電能轉換為焊接所需的熱能和機械能，從而達到連線金屬的目的。主要方法有焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊等，它是應用最廣泛、最重要的熔焊方法，佔焊接生產總量的60%以上。焊條電弧焊是工業生產中應用最廣泛的焊接方法，它的原理是利用電弧放電（俗稱電弧燃燒）所產生的熱量將焊條與工件互相熔化並在冷凝後形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程。由焊接電源供給的，在工件與焊條兩極間產生強烈而持久的氣體放電現象—叫電弧。

新聞來源：中國船舶集團