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。在原有基础上加上电弧后，能够产生一定量的低温低密度的电弧等离子，从而起到稀释激光等离子体的作用，进一步提升了激光能量的传输效率。外加电弧还可以在进行焊接的同时实现对母材进行加热，母材温度的升高能够提升对激光的吸收效率，从而增加焊接熔深。而且激光作用能够降低电弧通道的电阻，也能够加深该项技术的熔深。

三、机械激光-电弧复合焊接技术的特点

（一）提高了焊接过程的稳定性

激光焊接时，等离子体形成较多的带电粒子，带电粒子会主动吸收电弧，压缩电弧的根部使电弧稳定燃烧，既增加了焊接的稳定性，使得电弧不随意飘逸同时提升了电弧的能量利用率。

（二）实现高效率、低成本的焊接

机械激光-电弧复合焊接技术的最主要优势和目的便是实现高效率、低成本的焊接。激光和电弧的相互作用下，使得用较小的激光和电弧能量便能完成材料的焊接，相比要达到同等效果所耗费的单独激光和电弧功率要小许多，极大程度的降低了生产成本。同时与单纯电弧或者激光焊接相比，复合焊接技术利用两种热源综合焊接的优势，输入的热量较小造成的热影响区域面积较小，导致的工艺材料的焊缝变形量较小，较少了焊接后的工序处理，提升了生产工作效率。

（三）增加焊缝熔深，改善焊接成型

熔深浅是焊接技术中易出现的问题，而在激光的作用下，电弧可以深入到工件内部，到达焊缝的深处增加熔深，并且在电弧的作用下也会增强金属的激光吸收率。形成较深的焊缝熔深改善了金属的熔化程度，避免了焊缝咬边的现象出现，同时，激光-电弧复合焊接技术还可以控制激光和电弧的输出量，根据材料工件需求，单独调节配比，获得理想的焊缝熔深和深宽比。

（四）减少焊接缺陷，提升焊接质量

在电弧和激光的复合热源焊接下，激光的作用减少了焊缝的加热时间，使得焊接材料受热面积减少，不易产生较大的晶粒，并且有效的减缓了熔池金属的凝固时间，增加了熔池相变时间，将熔池的气体充分排除，减少了诸如气孔、裂纹等焊接的缺陷，提升了焊接的质量。

（五）降低要求，提升焊接适应性

单独激光作用时，激光束直径较小，对焊接接头的间隙要求小于0.10mm要求较高。而在电弧的作用下，增加了工件材料的熔合区宽度，可以降低焊接接头间隙的高精度要求。并且更适用于一些特殊的材料，如电弧在激光焊接之前可以清洁焊缝表面，去除氧化膜，从而更有利于焊接铝合金。

四、机械激光-电弧复合焊接技术的应用

（一）应用到船舶制造业

因船舶制造业中造船所使用的钢板厚度较厚，对于焊接要求较高，而单一的电弧焊接和激光焊接都无法满足船舶制造业的需求。激光-电弧复合焊接技术具备着独特的优势，对于较大的焊件间隙可以放宽至1mm，相对于激光焊接的0.1mm，极大的提升了间隙距离，减少了焊接前的工作量和成本，使的船舶制造速度加快，成本下降，提升了制造效率。另外主要的优势在于，激光-电弧复合焊接可减少焊件的变形量，使得焊接后的整形工作量也随之减少，极大的减轻了人力成本。

（二）应用到汽车制造业

目前在汽车行业中，汽车设备逐渐向更轻薄发展，而汽车框架结构也引进了更多的铝、铝镁等轻质合金，既改善了汽车的机动性能，使汽车流线性速度增快，也节约了能源减少了污染。以往汽车的焊接多采取激光焊和熔化极气体保护焊，但是目前大多数采取了激光-电弧复合焊工艺的成熟焊接手段，满足了汽车制造业焊接需求。例如德国大众汽车工程公司的TGRAF等人自主研发了MIG复合焊接机头，该焊头结合电弧和激光焊接的优势，以极小的几何尺寸，安装到弧焊机器人手臂，方便各空间、各角度的焊接。

（三）应用到石油管道中

通常石油管道焊接中，由于管道壁比较厚，需要使用电弧焊在特殊的坡口处多次焊接，不仅耗费人力带来工作麻烦，而且焊接的引弧熄弧阶段易产生缺陷。采用激光-电弧复合焊融合了电弧焊接的桥接能力和激光焊接的深熔性能避免反复焊接，确保一次焊接成型，从而减少了焊接的缺陷，也提升了石油管道焊接的效率。

结语：综上所述，激光-电弧复合焊接具备极大的优势和广阔的应用前景，随着科学技术的进步，激光-电弧复合焊接手段会越来越先进，通过提升其实用性为工业生产焊接带来更多便利。