激光復合焊工藝在造船廠的應用(2)
發布時間：2010-01-14 共1頁
激光-MIG（LaserHybrid）復合焊
激光焊接金屬時的激光束聚集強度可達106W/cm2以上。當激光束點擊在材料表面時，該點的溫度迅速升高到揮發溫度，并由于金屬蒸汽的揮發形成揮發孔。焊縫最顯著的特征是具有很高的深寬比。MIG電弧焊接自由燃燒的電弧能量密度稍高于104W/cm2.
激光束在焊縫頂部向其輸入熱量，同時電弧也向焊縫輸入熱量。激光-MIG復合焊不是兩種焊接方法依次作用于焊接區域，而是同時作用于焊接區域。激光和電弧同時影響焊接的性能。不同的電弧或激光工藝的使用及采用何種工藝參數都會對焊接工藝帶來不同的影響效果。
激光復合焊提高了熔深和焊接速度，焊接過程中金屬蒸汽會揮發，并且反作用于等離子區，等離子區對激光有輕微吸收，但可以忽略不計。整個焊接過程的特性取決于選擇的激光和電弧輸入能量的比例。
工件表面的溫度極大的影響了激光射線能量的吸收，當工件表面達到揮發溫度時，就形成了揮發孔，這樣幾乎所有的能量就可以傳到工件上。焊接所需要的能量由隨溫度變化的表面吸收率和由工件傳導損失的能量來決定。在激光-MIG焊時，揮發不僅發生在工件的表面，同時也發生在填充焊絲的表面上，這意味著更多的金屬揮發量，從而使激光的能量傳輸更加容易。同時也保證了焊接過程的完整性。從而使激光的能量傳輸的更加容易。同時也保證了焊接過程的完整性。
而且在船舶制造中首先必須做到的是焊件間隙較大時有足夠的搭橋連接能力，這是研究的主要目標。因為在焊接過程中，難免會出現間隙公差大小不一，于是在焊接時調節的參數就比較多，如：激光功率，焊接速度，送絲速度及角度的調整。
Laserhybrid ：激光——MIG焊接和其它焊接方法的試驗比較
1 CO2激光焊的研究
因為CO2激光具有很高的效率，效率因素達到20%，技術上的實現相對簡單和可測量性使得CO 2 激光成為工業金屬加工領域中最重要的激光源。CO 2 激光具有很高的輸出功率，其容量范圍達到50kW.
FRONIUS公司已經用全數字化電源TPS5000和12KW的CO2激光源有機的結合在一起。下表就是來自Meyer Werft的實驗數據，這是在4.5m×13m的實驗室里完成的，工裝夾具適用于2000mm×300mm的試件，使用的材料是船舶制造中的普通A級鋼材，焊接方式是對接和角接，焊接位置是平焊和橫焊，并且不用背面襯墊。實驗對比工藝為：埋弧焊、LaserHybrid：激光-MIG焊和激光填絲焊。埋弧焊的焊縫搭橋能力為2mm至5mm，板厚至12mm.而激光-MIG焊時，焊接的板厚達到15mm，焊縫搭橋能力的間隙可達1mm，，但焊接速度是埋弧焊接的3倍，是激光填絲焊的2倍。還有一種激光脈沖填絲的焊接方法，間隙的可達0.4mm，板材厚度可達15mm.通過四種分別是5mm，8mm，12mm，15mm的不同厚度材料的實驗來評估在最大容忍間隙下的焊接速度。氦氣和氬保護氣對激光-電弧焊工藝的影響由基礎研究來討論。保護氣中加少量的氦氣在用大功率CO2 激光器的焊接中十分必要。
表 激光復合焊與其他競爭工藝的比較
2 光纖激光的研究
IPG光子公司在金屬加工領域出售的絕大部分的大功率光纖激光器的功率在10千瓦以內，其工廠和總部設在牛津，另外在歐洲還有另外兩個制造工廠。其核心技術：獨有的活性光纖和獲得專利的泵浦技術使多組態半導體激光器比線性陣列半導體激光器有著更廣闊的應用領域。因為其使得半導體激光器達到很長的工作壽命。其設備可能由摻鐿多包層光纖繞圈構成，其工作波長為1.07至1.08微米。還可能是摻銩，波長為1.8至2.0微米或摻鉺，波長為1.54至1.56微米。半導體激光器泵浦能量通過被疊成多包層線卷的多組態光纖傳導到活性介質中。在活性光纖里直接生成了激光諧振腔。激光通過被動單模光纖特有的直徑為6微米的纖芯進行傳導。最終激光束的衍射基本上被限制住，并且當配備有內置校準器時，產生的光束極其平行。例如，100瓦的單模光纖激光當聚焦直徑為5毫米時在半角具有的全角發散角為0.13毫弧度。
激光焊接金屬時的激光束聚集強度可達106W/cm2以上。當激光束點擊在材料表面時，該點的溫度迅速升高到揮發溫度，并由于金屬蒸汽的揮發形成揮發孔。焊縫最顯著的特征是具有很高的深寬比。MIG電弧焊接自由燃燒的電弧能量密度稍高于104W/cm2.
激光束在焊縫頂部向其輸入熱量，同時電弧也向焊縫輸入熱量。激光-MIG復合焊不是兩種焊接方法依次作用于焊接區域，而是同時作用于焊接區域。激光和電弧同時影響焊接的性能。不同的電弧或激光工藝的使用及采用何種工藝參數都會對焊接工藝帶來不同的影響效果。
激光復合焊提高了熔深和焊接速度，焊接過程中金屬蒸汽會揮發，并且反作用于等離子區，等離子區對激光有輕微吸收，但可以忽略不計。整個焊接過程的特性取決于選擇的激光和電弧輸入能量的比例。
工件表面的溫度極大的影響了激光射線能量的吸收，當工件表面達到揮發溫度時，就形成了揮發孔，這樣幾乎所有的能量就可以傳到工件上。焊接所需要的能量由隨溫度變化的表面吸收率和由工件傳導損失的能量來決定。在激光-MIG焊時，揮發不僅發生在工件的表面，同時也發生在填充焊絲的表面上，這意味著更多的金屬揮發量，從而使激光的能量傳輸更加容易。同時也保證了焊接過程的完整性。從而使激光的能量傳輸的更加容易。同時也保證了焊接過程的完整性。
而且在船舶制造中首先必須做到的是焊件間隙較大時有足夠的搭橋連接能力，這是研究的主要目標。因為在焊接過程中，難免會出現間隙公差大小不一，于是在焊接時調節的參數就比較多，如：激光功率，焊接速度，送絲速度及角度的調整。
Laserhybrid ：激光——MIG焊接和其它焊接方法的試驗比較
1 CO2激光焊的研究
因為CO2激光具有很高的效率，效率因素達到20%，技術上的實現相對簡單和可測量性使得CO 2 激光成為工業金屬加工領域中最重要的激光源。CO 2 激光具有很高的輸出功率，其容量范圍達到50kW.
FRONIUS公司已經用全數字化電源TPS5000和12KW的CO2激光源有機的結合在一起。下表就是來自Meyer Werft的實驗數據，這是在4.5m×13m的實驗室里完成的，工裝夾具適用于2000mm×300mm的試件，使用的材料是船舶制造中的普通A級鋼材，焊接方式是對接和角接，焊接位置是平焊和橫焊，并且不用背面襯墊。實驗對比工藝為：埋弧焊、LaserHybrid：激光-MIG焊和激光填絲焊。埋弧焊的焊縫搭橋能力為2mm至5mm，板厚至12mm.而激光-MIG焊時，焊接的板厚達到15mm，焊縫搭橋能力的間隙可達1mm，，但焊接速度是埋弧焊接的3倍，是激光填絲焊的2倍。還有一種激光脈沖填絲的焊接方法，間隙的可達0.4mm，板材厚度可達15mm.通過四種分別是5mm，8mm，12mm，15mm的不同厚度材料的實驗來評估在最大容忍間隙下的焊接速度。氦氣和氬保護氣對激光-電弧焊工藝的影響由基礎研究來討論。保護氣中加少量的氦氣在用大功率CO2 激光器的焊接中十分必要。
表 激光復合焊與其他競爭工藝的比較
2 光纖激光的研究
IPG光子公司在金屬加工領域出售的絕大部分的大功率光纖激光器的功率在10千瓦以內，其工廠和總部設在牛津，另外在歐洲還有另外兩個制造工廠。其核心技術：獨有的活性光纖和獲得專利的泵浦技術使多組態半導體激光器比線性陣列半導體激光器有著更廣闊的應用領域。因為其使得半導體激光器達到很長的工作壽命。其設備可能由摻鐿多包層光纖繞圈構成，其工作波長為1.07至1.08微米。還可能是摻銩，波長為1.8至2.0微米或摻鉺，波長為1.54至1.56微米。半導體激光器泵浦能量通過被疊成多包層線卷的多組態光纖傳導到活性介質中。在活性光纖里直接生成了激光諧振腔。激光通過被動單模光纖特有的直徑為6微米的纖芯進行傳導。最終激光束的衍射基本上被限制住，并且當配備有內置校準器時，產生的光束極其平行。例如，100瓦的單模光纖激光當聚焦直徑為5毫米時在半角具有的全角發散角為0.13毫弧度。
