“大功率龙门式激光电弧复合焊接系统”完成工艺试验正式投产

焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。焊接设备是指实现焊接工艺所需要的装备。焊接设备包括焊机、焊接工艺装备和焊接辅助器具。焊接设备的主要类型有电焊机、火焰焊设备和其他焊接设备。

近日，中国船舶集团七一六所与七二五所联袂打造的国内首套大功率龙门式激光电弧复合焊接系统完成工艺试验及小批生产，正式投入生产使用。该系统在国内首次实现了18毫米钛合金激光自融焊焊接技术，单面焊双面成型，工件热变形量小、成型美观；可以实现20千瓦激光深熔焊，激光填丝焊及激光电弧复合焊，焊接跨度、激光功率、焊接方式等方面在国内处于领先水平。

龙门结构通俗地说一根横梁连接两个支腿与地面紧固组成的像一个门框一样的结构。因为他是双支撑结构区别于单支撑和悬臂结构，所以结构特别简单。龙门结构制作方便，承受负载大，结构稳定，工程上广泛应用。


激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光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。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。

激光深熔焊是激光焊的方式之一。当激光功率密度达到10^6~10^7W/cm^2时，功率输入远大于热传导、对流及辐射散热的速率，材料表面发生汽化而形成小孔，孔内金属蒸汽压力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡，激光可以通过孔中直射到孔底。这种现象称为小孔效应。

激光-电弧复合焊接是用于激光束和电弧等离子体热源的方法。结合了激光和电弧两个独立热源各自的优点(如激光热源具有高的能量密度、极优的指向性、及透明介质传导的特性，电弧等离子体具有高的热-电转化效率、低廉的设备成本的运行成本、技术发展成熟等优势)，极大程度地避免了二者的缺点(如金属材料对激光的高反射率造成的激光能量损失、激光设备高的设备成本、低的电-光转化效率等，电弧热源较低的能量密度、高速移动时放电稳定性差等)。

同时二者的有机结合衍生出了很多新的特点(高能量密度、高能量利用率、高的电弧稳定性、较低的工装准备精度以及待焊接工件表面质量等)，使之成为具有极大应用前景的新型焊接热源。可以用于复合的激光：CO2激光、YAG激光、半导体激光等可以用于复合的焊接电弧热源：TIG、MIG、MAG、等离子弧等。

用于焊接的主要有两种激光，即CO2激光和Nd:YAG激光。CO2激光和Nd:YAG激光都是肉眼不可见红外光。Nd:YAG激光功率一般能达到4000~6000W左右，现在最大功率已达到10000W。而CO2激光功率却能轻易达到20000W甚至更大。

大功率的CO2激光通过小孔效应来解决高反射率的问题，当光斑照射的材料表面熔化时形成小孔，这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎全部吸收入射光线的能量，孔腔内平衡温度达25000e左右，在几微秒的时间内，反射率迅速下降。

CO2激光器的发展重点虽然仍集中于设备的开发研制，但已不在于提高最大的输出功率，而在于如何提高光束质量及其聚焦性能。另外，CO2激光10kW以上大功率焊接时，若使用氩气保护气体，常诱发很强的等离子体，使熔深变浅。因此，CO2激光大功率焊接时，常使用不产生等离子体的氦气作为保护气体。

电弧焊，是指以电弧作为热源，利用空气放电的物理现象，将电能转换为焊接所需的热能和机械能，从而达到连接金属的目的。主要方法有焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等，它是应用最广泛、最重要的熔焊方法，占焊接生产总量的60%以上。焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，它的原理是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。由焊接电源供给的，在工件与焊条两极间产生强烈而持久的气体放电现象—叫电弧。