激光-电弧复合焊接技术的研究与应用.pdf

2·专题综述·焊接技术第39卷第5期2010年5月

文章编号：1002—025X(2010)05—0002—06

激光一电弧复合焊接技术的研究与应用

袁小川，赵虎，王平平
(1．山东中德设备有限公司，山东济南250101；2．山东省冶金地质水文勘察公司，山东济南250101)

摘要：阐述了激光一电弧复合焊接的基本原理和复合形式，归纳了几种激光一电弧复合焊接技术的特点、应用范围和国内外的研究进展，

介绍了目前国内外激光一电弧复合焊接技术在汽车、造船、石油化工等制造业中的应用，最后指出激光一电弧复合焊接技术有着非常广

泛的应用前景，是今后激光焊接技术的发展趋势，激光一电弧复合焊接机理还有待于进一步研究。

关键词：激光一电弧复合焊接；复合形式；研究进展；工业应用

中国分类号：TG444．73文献标志码：B

协同效应。

0前言激光一电弧复合焊接的原理如图1所示，激光与
20世纪7O年代末，英国学者WMSteen等率先电弧同时作用于金属表面同一位置。焊缝上方因激光
利用TIG和CO：激光实现了激光一电弧复合焊。近年作用而产生光致等离子体云，等离子云对入射激光的
来，随着电弧焊设备和激光器性能的提高．激光一电吸收和散射会降低激光能量利用率，外加电弧后。低
弧复合焊技术的发展日益加速。激光一电弧复合焊已温低密度的电弧等离子体使激光致等离子体被稀释。
成为激光焊接研究的热点方向，德国、美国、日本和激光能量传输效率提高；同时电弧对母材进行加热．
瑞典等国家都在该领域做了大量的研究实践工作。激使母材温度升高，母材对激光的吸收率提高，焊接熔
光一电弧复合焊的应用研究主要是针对高速薄板焊接、深增加。另外，激光熔化金属为电弧提供自由电子，
中厚钢板焊接和铜铝合金等高反射材料的焊接等，涉降低了电弧通道的电阻，电弧的能量利用率也提高，
及的行业包括汽车、造船、航空和石油管道等。从而使总的能量利用率提高，熔深进一步增加。激光
束对电弧还有聚焦、引导作用，使焊接过程中的电弧
1激光一电弧复合焊接的提出背景、基本原理和复更加稳定。
合形式
聚焦激光束由于具有高的热源密度，使其应用于
焊接领域具有速度高、热输人小、变形小、热影响区

窄以及接头综合性能好等一系列优点。但是，与其他流
焊接热源一样，激光焊也有其缺点：设备投资大；能
量利用率低；焊前的准备工作要求高；高反射金属焊
接困难．接头中容易产生气孔、裂纹、咬边等缺陷。
为避免单独激光焊接所存在的问题，研究者便提出了
激光与电弧的复合，其出发点是利用电弧焊接的低成

本、适用范围宽等特点。随后的研究成果表明，激图1激光一电弧复台焊接原理图
光一电弧复合热源既综合了上述2种焊接热源的优
点，又相互弥补了各自的不足，还产生了额外的能量在复合焊中。参与复合的激光包括Nd：YAG
(钕：钇铝石榴石)激光、CO激光；电弧包括TIG

收稿日期：2009—12—09电弧、MIG／MAG电弧以及等离子弧，利用各种复合
Weldin~TechnologicVo1．39No．5Mav2010·专题综述·3

形式焊接所得结果也不尽相同。同时根据激光、电金属的焊接。试验结果表明，在无间隙接头焊接时，
弧在焊接时的空间位置不同，可将其分为旁轴和同激光一双电弧复合热源的焊接速度比一般的激光一MIG
轴两大类，如图2所示。与目前常用的旁轴激光一电电弧复合热源提高33％，单位长度的能量输人减少
弧复合焊相比，激光一电弧同轴复合可以在工件表面25％，间隙裕度可达2mm，且焊接过程非常稳定，
提供对称热源，焊接质量不受焊接方向影响而适于远远超过激光一MIG电弧复合热源的焊接能力，而且
三维焊接可以更好地实现自动化焊接。
(4)激光一等离子弧复合焊接它具有刚性好、
激光束激光束
温度高、方向性强、电弧引燃性好、加热区窄等优
点．适用于薄板对接、镀锌板搭接、钛合金、·铝合
金等高反射率和高热导率材料的焊接及切割、表面
合金化等。

2激光一电弧复合焊接技术的研究进展
(a)激光一电弧旁轴复合(b)激光一nGI司轴复合(c)激光一电孤同轴复合
2．1激光一TIG电弧复合焊接技术
图2激光一电弧的复合方法
德国JWendelftorf等人对激光一TIG电弧进行了
具体的复合形式简述如下：研究，激光束采用0．1～1kW的低功率激光电源，激
(1)激光一TIG复合焊接它是早期的一种复合光集中于工件表面的电弧根部，试验证明能够明显提
焊形式，主要用于薄板金属的焊接，尤其适合于焊接高低电流和弧长较长时间的电弧稳定性，可以最大限
高热导率的金属。可以明显提高焊接速度，改善单一度地增加焊接速度与焊接熔透⋯。例如，当CO：激光
TIG焊接时效率低的状况。此后，20世纪90年代又功率为0．8kW，TIG电弧的电流为90A，焊接速度
出现了激