船用钢的激光 - 电弧复合焊接技术

焊接生产效率和焊接质量直接影响船舶加工制造的生产周期，成本和船体质量，因此焊接技术已成为船舶加工制造和造船业发展的关键技术。与传统的焊接方法相比，激光焊接具有效率高，清洁度高，热影响区窄，接头变形小等优点。这是因为激光束具有非常高的能量密度，106至108W / cm 2的功率密度，大的纵横比，以及对难以焊接的材料（例如高熔点金属）的良好焊接效果。同时，激光焊接速度快，热输入小。因此，热影响区较小，材料变形和残余应力较小。然而，激光焊接应用也具有一定的局限性，主要是在高焊接成本和低能量转换效率方面。这种情况促进了激光 - 电弧复合焊接技术的发展。激光 - 电弧复合焊接结合了两种独立热源，激光和电弧的优点：激光热源具有高能量密度，而电弧等离子体具有较高的热电转换效率和较低的设备运行成本。在很大程度上，避免了两者的缺点，例如由激光材料的高反射率引起的激光能量损失，电弧热源的较低能量密度和高速下的不良放电稳定性。两者的有机结合形成了其突出的优点：高能量密度，高能量利用率，高电弧稳定性等，使其成为一种具有广阔应用前景的新型焊接技术。激光 - 电弧复合焊接的基本原理是在焊接过程中激光束和电弧同时作用在金属表面的同一表面上。由于激光作用，光致等离子云将降低激光能量利用率。电弧施加后，电弧等离子体将激光诱导的等离子体稀释提高激光能量传输效率，同时电弧增加基材的温度，基材对激光的吸收率为也有所改善。同时，激光熔化的金属为电弧提供自由电子，降低电弧通道的电阻，从而增加电弧的能量利用，从而提高整体能量利用率。激光束还对电弧具有聚焦引导作用，使焊接过程中的电弧更加稳定。大量试验结果表明，在相同的焊接规范下，与传统的单热源焊接相比，激光 - 电弧复合焊接可以显着提高穿透深度。由于在较小的激光功率下可以获得相同的效果，因此可以在一定程度上降低。成本。激光 - 电弧复合焊接还可以减少焊接缺陷（如孔隙，裂缝和底切）的发生，提高熔融金属和固体基体金属的润湿性，消除焊缝底切，减少焊缝的加工和装配工作。提高生产效率。特别值得注意的是，焊接变形是造船业需要解决的主要问题之一。在船体制造过程中，焊接工时和焊接成本占船体结构总工时和总成本的很大一部分，并且由焊接变形引起的成本增加占相当大的比例。激光 - 电弧复合焊接的变形量非常小，焊接后的修整工作量大大减少，进一步降低了船舶制造成本，节省了时间，提高了效率。目前，欧洲，美国和日本的一些造船厂采用了激光 - 电弧复合焊接技术。例如，德国的迈耶造船厂都采用激光 - 电弧复合焊接方法进行船舶焊接。研究证实，厚度l，15 mm，长度le，20 m钢板焊接速度可达到每分钟3米。