在當(dāng)今的軌道交通、船舶制造等行業(yè)，中、大厚度的鋼板焊接需求越來越多。近年來，為促進我國船舶工業(yè)發(fā)展，國家相繼出臺優(yōu)先發(fā)展高技術(shù)船舶、高附加值船舶，加快船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級等政策，而且世界造船的趨勢也向著大型化、多樣、高檔化發(fā)展。焊接技術(shù)是船舶加工制造以及船舶工業(yè)發(fā)展中的一項關(guān)鍵技術(shù)，焊接工時約占到建船總工時的30％～40％。焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量直接影響到船舶加工制造的生產(chǎn)周期、成本費用以及船體質(zhì)量等。因此，高效優(yōu)質(zhì)的船舶焊接技術(shù)是實現(xiàn)我國船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要影響因素，也是提高我國船企國際競爭力的重要因素。

另外，隨著我國鐵路列車行業(yè)的高速發(fā)展，列車的不斷提速，作為軌道車輛重要部件的轉(zhuǎn)向架承載了更大的動載荷，這對轉(zhuǎn)向架技術(shù)提出了更高的要求，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在設(shè)計、材料、工藝上必須不斷的發(fā)展進步以滿足性能的要求，焊接接頭的質(zhì)量成為了保證轉(zhuǎn)向架構(gòu)架質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一，因此，更優(yōu)化的焊接方法是必要條件。

激光－電弧復(fù)合焊接應(yīng)需而生

激光-電弧復(fù)合焊接作為一種新的焊接技術(shù)，它是利用激光和電弧作為雙重?zé)嵩�，同時作用在同一熔池，形成激光引導(dǎo)并穩(wěn)定電弧，電弧提高金屬對激光吸收率，增強熔滴過渡橋接能力的一種焊接方法，充分發(fā)揮了激光焊和電弧焊的優(yōu)勢，又彌補了各自的不足。尤其是在中、大厚度的材料焊接方面，復(fù)合焊接技術(shù)具有更大的優(yōu)勢。因為傳統(tǒng)的焊接方法會存在例如接頭強度低、效率低、變形嚴重、焊材消耗量大等缺點；而且采用單激光焊接也存在一些不足，例如接頭裝配工藝要求高、焊接能力受激光功率的制約大、橋接能力差、焊縫咬邊嚴重等。

激光-電弧復(fù)合焊作為一種新型的焊接方法，它具有以下三個顯著特點：

（1）提高能量利用率，增加焊縫一次熔透深度、焊接速度；

（2）降低工件裝配要求；

（3）提高焊縫質(zhì)量，改善焊縫成型；

激光-MIG復(fù)合焊接裝置及方法示意圖

激光－電弧復(fù)合焊接可實現(xiàn)1＋1＞2 

激光-電弧復(fù)合焊接有多種形式，包括Laser-MIG復(fù)合焊接、Laser-TIG復(fù)合焊接、激光-等離子弧復(fù)合焊接等，其中現(xiàn)階段常用的激光光源是光纖激光器和半導(dǎo)體激光器。

Laser-MIG復(fù)合焊接，有兩個焊接熱源，分別是激光和MIG電弧，單獨作為熱源焊接時均可形成有效熔池，但是熔池的特征不一樣：激光焊接熔池的特征是“深而窄”，開口面積小，深度大，不利于焊縫成型；MIG電弧焊接熔池的特征是“淺而寬”，開口面積大，深度小，有利于焊縫成型，橋接能力強。

在Laser-MIG復(fù)合焊接過程中兩個熱源同時作用于母材，兩個熱源之間存在著相互影響，而且兩個熔池之間也存在著相互影響，最終會形成一種新的復(fù)合熔池，該復(fù)合熔池同時具備激光熔池的“大深度”和電弧熔池的“大面積”，這種復(fù)合熔池的深度大、焊縫成型較好、橋接能力強，同時，因為MIG電弧焊接時有焊絲填充，并且焊絲種類可以選擇，所以可以針對母材本身的性能缺陷，選擇合適的焊絲添加到焊接過程中，從而在微觀層面上對焊縫的抗裂性、抗疲勞性、耐蝕性、耐磨性等方面進行有目的性的改善。

除此之外，在整個焊接過程中，有兩個熱源作用于母材，其間的相互影響是能夠增大熔深，實現(xiàn)“1＋1＞2”的效果，因此激光－電弧復(fù)合焊接的單次熔透能力會顯著提高。最后，激光－電弧復(fù)合焊接可以實現(xiàn)多道堆疊焊接，可以實現(xiàn)大厚度材料的焊接，并且因為電弧的原因上下焊道以及側(cè)壁的熔合能力非常強。

焊縫示意圖

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

隨著激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，尤其是在國外應(yīng)用較多，而在國內(nèi)應(yīng)用極少，具有廣闊的前景，其應(yīng)用的主要領(lǐng)域有以下幾個：

船舶制造

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，如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。

焊縫成型圖

汽車工業(yè)

在船舶建造中，船體的焊接工時約占總建造工時的30%～40%，焊接所需成本約占船體建造所需總成本的30%～50%。其中，因為焊接熱輸入量而導(dǎo)致的焊接變形校正所需成本增長占有相當(dāng)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，美國海軍將激光電弧復(fù)合焊應(yīng)用于多個船體構(gòu)件建造中，比較典型的包括艦船管路焊接、T形梁焊接等的應(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IPG公司的激光電弧復(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)合焊接技術(shù)引入到船體制造中。

大眾汽車公司的Phaeton汽車車門焊接概況

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)件，起著支撐、輔助變幅等作用，在整機安全和作業(yè)能力方面起著至關(guān)重要的作用，其材質(zhì)一般采用低合金鋼；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、高效地實現(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)用中可實現(xiàn)無坡口焊接，焊接速度可達1.2m/min。

10mm厚Q345B單面焊雙面成形

軌道交通行業(yè)

鋁合金材質(zhì)的車體是現(xiàn)代軌道交通車輛的一個發(fā)展趨勢。焊接作為鋁合金材質(zhì)車體制造的關(guān)鍵工藝，其焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性直接影響車體的焊縫靜力強度與抗疲勞強度，進而影響著車體的結(jié)構(gòu)完整性和運行安全性，同時也是軌道交通車輛進一步提速的制約因素。目前，中國中車多個生產(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。

青島市地鐵11號線

結(jié)論與展望

目前，對激光-電弧復(fù)合焊接缺陷的研究日益引發(fā)工業(yè)界和學(xué)者們的廣泛關(guān)注，激光-電弧復(fù)合焊接相關(guān)研究將集中于以下幾個方面;

（1）運用數(shù)值模擬手段對激光-電弧復(fù)合焊接缺陷加以分析與研究，突破缺陷檢測方法的限制，為新工藝的開發(fā)提供堅實的理論依據(jù)。

（2）激光-電弧復(fù)合熱源間等離子體的相互作用，需要在今后的試驗探索中不斷發(fā)掘，精確掌握激光-電弧復(fù)合焊接的優(yōu)良性能，對于充分發(fā)揮復(fù)合焊接的技術(shù)優(yōu)勢具有顯著影響。

（3）隨著厚板焊接的不斷興起，焊接過程中缺陷問題不可避免，對焊接參數(shù)的不斷摸索對于復(fù)合焊接厚板領(lǐng)域的技術(shù)突破具有重要意義。

激光焊接從最初的熱傳導(dǎo)激光焊到現(xiàn)在多場耦合的激光焊接研究，使得激光的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。激光器的創(chuàng)新也在不斷進行，比如半導(dǎo)體激光器在光電轉(zhuǎn)換效率上有所提升，而且能耗更低、光斑更加集中，逐漸成為新的激光器的發(fā)展趨勢，星鏈激光也在不停研究新的激光設(shè)備。隨著新型激光裝備不斷突破創(chuàng)新，可以預(yù)見在不久的將來，激光焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄳?yīng)用于更多材料加工終端領(lǐng)域，助力中國制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。

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