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激光焊接技术在船舶制造中的应用与前景陈飞摘要:本文介绍了激光焊接技术的原理、特性结合船舶本身的加工和应用特点阐述了激光焊接技术在船舶制造中的应用具有良好的发展前景展示了无限发展潜力。关键词：激光焊接、船舶制造、应用、前景2009年10月本人有幸赴欧洲船厂进行考察通过与德国IMG公司激光焊接领域专家的技术交流和现场参观初步了解了当前激光焊接技术在海洋工程及船舶制造领域的发展和应用情况在此作简单介绍。一激光焊接技术概要激光焊接是材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接焊接过程属于热传导型即激光辐射加热工件表面表面热量通过热传导向内部扩散通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数使工件熔化形成特定的熔池。高功率激光器的出现开辟了激光焊接的新领域。以小孔效应为理论基础的深熔焊接在机械、汽车、钢铁等工业领域的应用日益广泛。据了解激光焊接具有焊接能量密度高可精确控制穿透能力强焊缝的深宽比大热输入量低焊接变形小可利用不同焊接保护气进行焊接等优点被认为是21世纪的焊接新热点。然而由于激光聚焦后的光斑直径小对被焊接工件的装配间隙要求很高因此在造船上应用激光焊接难度很大。据悉目前世界上仅有德国、美国等欧美国家应用激光焊接技术建造船舶其中德国尤为领先在激光发生器、激光焊接装置等方面做了很多研究工作。1、激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面通过激光与金属的相互作用金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。激光焊接的机理有两种：（1）热传导焊接当激光照射在材料表面时一部分激光被反射一部分被材料吸收将光能转化为热能而加热熔化材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递最后将两焊件熔接在一起。（2）激光深熔焊当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时材料吸收光能转化为热能材料被加热熔化至汽化产生大量的金属蒸汽在蒸汽退出表面时产生的反作用力下使熔化的金属液体向四周排挤形成凹坑随着激光的继续照射凹坑穿入更深当激光停止照射后凹坑周边的熔液回流冷却凝固后将两焊件焊接在—起。2、激光焊接的主要特性与其它传统焊接技术相比激光焊接的主要优点是：（1）速度快、深度大、变形小。被焊接工件变形极小几乎没有连接间隙焊接深度/宽度比高因此焊接质量比传统焊接方法高。（2）相比传统焊接激光焊能在室温或特殊条件下进行焊接焊接装置简单。例如激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊并能穿过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。（3）激光聚焦后功率密度高焊接时深宽比可达5：1最高可达10：1。由于熔深大在造船中无需翻身即可获得良好的焊接接头同时焊接边缘坡口角度小小体积焊缝还能节省填充材料。（4）可焊接难以接近的部位施行非接触远距离焊接具有很大的灵活性。尤其是近几年来在激光加工技术中采用了光纤传输技术使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。（5）激光束易实现光束按时间与空间分光从而能进行多光束同时加工及多任务位加工这为更精密、更微型的船舶部件焊接提供了条件。但是激光焊接也存在着一定的局限性：（1）要求焊件装配精度高且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺寸小焊缝窄若工件装配精度或光束定位精度达不到要求很容易造成焊接缺憾。（2）激光器及其相关系统的成本较高一次性投资较大。二、激光焊接技术在海洋工程、船舶配套等领域的应用据了解在欧洲激光焊接技术在海洋工程、船舶配套等领域得到了广泛应用。比如：（1）海洋工程设备的阀门密封圈焊接（合金复合材料）直径2~2.5m常规焊接时间需要12小时在真空状态下采用CO2激光焊接7分钟即可解决。效果明显无热变形。（2）潜艇上高强度钢的激光切割和焊接。（3）油气管线的焊接。板厚15mm左右采用内焊激光焊接。据了解俄罗斯至德国的油气管线制作采用激光焊接。（4）大功率燃气机叶轮焊接直径2~2.5m12%铬合金材料在西门子和西屋公司均广泛采用。（5）大型低速机活塞缺陷通过激光焊接修补。低速机活塞部件一般运行4000~5000h后需要修复。使用涂铬激光焊修补工艺覆盖层2mm使用寿命可延长2~3倍。