激光-MIG（LaserHybrid）復(fù)合焊
激光焊接金屬時(shí)的激光束聚集強(qiáng)度可達(dá)106W/cm2以上。當(dāng)激光束點(diǎn)擊在材料表面時(shí)，該點(diǎn)的溫度迅速升高到揮發(fā)溫度，并由于金屬蒸汽的揮發(fā)形成揮發(fā)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(shí)電弧也向焊縫輸入熱量。激光-MIG復(fù)合焊不是兩種焊接方法依次作用于焊接區(qū)域，而是同時(shí)作用于焊接區(qū)域。激光和電弧同時(shí)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(shù)都會(huì)對(duì)焊接工藝帶來(lái)不同的影響效果。
激光復(fù)合焊提高了熔深和焊接速度，焊接過(guò)程中金屬蒸汽會(huì)揮發(fā)，并且反作用于等離子區(qū)，等離子區(qū)對(duì)激光有輕微吸收，但可以忽略不計(jì)。整個(gè)焊接過(guò)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(dāng)工件表面達(dá)到揮發(fā)溫度時(shí)，就形成了揮發(fā)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(dǎo)損失的能量來(lái)決定。在激光-MIG焊時(shí)，揮發(fā)不僅發(fā)生在工件的表面，同時(shí)也發(fā)生在填充焊絲的表面上，這意味著更多的金屬揮發(fā)量，從而使激光的能量傳輸更加容易。同時(shí)也保證了焊接過(guò)程的完整性。從而使激光的能量傳輸?shù)母尤菀住Ｍ瑫r(shí)也保證了焊接過(guò)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(shí)有足夠的搭橋連接能力，這是研究的主要目標(biāo)。因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)間隙公差大小不一，于是在焊接時(shí)調(diào)節(jié)的參數(shù)就比較多，如：激光功率，焊接速度，送絲速度及角度的調(diào)整。
Laserhybrid ：激光——MIG焊接和其它焊接方法的試驗(yàn)比較
1 CO2激光焊的研究
因?yàn)镃O2激光具有很高的效率，效率因素達(dá)到20%，技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單和可測(cè)量性使得CO 2 激光成為工業(yè)金屬加工領(lǐng)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(dá)到50kW.
FRONIUS公司已經(jīng)用全數(shù)字化電源TPS5000和12KW的CO2激光源有機(jī)的結(jié)合在一起。下表就是來(lái)自Meyer Werft的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這是在4.5m×13m的實(shí)驗(yàn)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(jí)鋼材，焊接方式是對(duì)接和角接，焊接位置是平焊和橫焊，并且不用背面襯墊。實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shí)，焊接的板厚達(dá)到15mm，焊縫搭橋能力的間隙可達(dá)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(dá)0.4mm，板材厚度可達(dá)15mm.通過(guò)四種分別是5mm，8mm，12mm，15mm的不同厚度材料的實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估在容忍間隙下的焊接速度。氦氣和氬保護(hù)氣對(duì)激光-電弧焊工藝的影響由基礎(chǔ)研究來(lái)討論。保護(hù)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(fù)合焊與其他競(jìng)爭(zhēng)工藝的比較
在造船工業(yè)，激光-GMAW-復(fù)合焊已被應(yīng)用德國(guó)Papenburg的Meyer船廠。這里甲板預(yù)制的全自動(dòng)化生產(chǎn)就是以該種工藝開(kāi)發(fā)的。因?yàn)檫@種工藝方法可高質(zhì)量的完成20倍于20米長(zhǎng)區(qū)段的焊接生產(chǎn)，而不需要將板翻面。在甲板預(yù)制區(qū)內(nèi)，有兩個(gè)對(duì)接焊工作站。厚度在15mm以?xún)?nèi)的板能達(dá)到3.0米/分鐘的焊接速度。另外，還有兩個(gè)角接焊接工作站，用于焊接直線尺寸長(zhǎng)度在20米以?xún)?nèi)，厚度在12毫米的甲板或墻板。焊接前，焊接接頭用角磨機(jī)械加工保證良好的部件精度。
2 光纖激光的研究
IPG光子公司在金屬加工領(lǐng)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?xún)?nèi)，其工廠和總部設(shè)在牛津，另外在歐洲還有另外兩個(gè)制造工廠。其核心技術(shù)：獨(dú)有的活性光纖和獲得專(zhuān)利的泵浦技術(shù)使多組態(tài)半導(dǎo)體激光器比線性陣列半導(dǎo)體激光器有著更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)槠涫沟冒雽?dǎo)體激光器達(dá)到很長(zhǎng)的工作壽命。其設(shè)備可能由摻鐿多包層光纖繞圈構(gòu)成，其工作波長(zhǎng)為1.07至1.08微米。還可能是摻銩，波長(zhǎng)為1.8至2.0微米或摻鉺，波長(zhǎng)為1.54至1.56微米。半導(dǎo)體激光器泵浦能量通過(guò)被疊成多包層線卷的多組態(tài)光纖傳導(dǎo)到活性介質(zhì)中。在活性光纖里直接生成了激光諧振腔。激光通過(guò)被動(dòng)單模光纖特有的直徑為6微米的纖芯進(jìn)行傳導(dǎo)。最終激光束的衍射基本上被限制住，并且當(dāng)配備有內(nèi)置校準(zhǔn)器時(shí)，產(chǎn)生的光束極其平行。例如，100瓦的單模光纖激光當(dāng)聚焦直徑為5毫米時(shí)在半角具有的全角發(fā)散角為0.13毫弧度。
激光焊接金屬時(shí)的激光束聚集強(qiáng)度可達(dá)106W/cm2以上。當(dāng)激光束點(diǎn)擊在材料表面時(shí)，該點(diǎn)的溫度迅速升高到揮發(fā)溫度，并由于金屬蒸汽的揮發(fā)形成揮發(fā)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(shí)電弧也向焊縫輸入熱量。激光-MIG復(fù)合焊不是兩種焊接方法依次作用于焊接區(qū)域，而是同時(shí)作用于焊接區(qū)域。激光和電弧同時(shí)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(shù)都會(huì)對(duì)焊接工藝帶來(lái)不同的影響效果。
激光復(fù)合焊提高了熔深和焊接速度，焊接過(guò)程中金屬蒸汽會(huì)揮發(fā)，并且反作用于等離子區(qū)，等離子區(qū)對(duì)激光有輕微吸收，但可以忽略不計(jì)。整個(gè)焊接過(guò)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(dāng)工件表面達(dá)到揮發(fā)溫度時(shí)，就形成了揮發(fā)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(dǎo)損失的能量來(lái)決定。在激光-MIG焊時(shí)，揮發(fā)不僅發(fā)生在工件的表面，同時(shí)也發(fā)生在填充焊絲的表面上，這意味著更多的金屬揮發(fā)量，從而使激光的能量傳輸更加容易。同時(shí)也保證了焊接過(guò)程的完整性。從而使激光的能量傳輸?shù)母尤菀住Ｍ瑫r(shí)也保證了焊接過(guò)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(shí)有足夠的搭橋連接能力，這是研究的主要目標(biāo)。因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)間隙公差大小不一，于是在焊接時(shí)調(diào)節(jié)的參數(shù)就比較多，如：激光功率，焊接速度，送絲速度及角度的調(diào)整。
Laserhybrid ：激光——MIG焊接和其它焊接方法的試驗(yàn)比較
1 CO2激光焊的研究
因?yàn)镃O2激光具有很高的效率，效率因素達(dá)到20%，技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單和可測(cè)量性使得CO 2 激光成為工業(yè)金屬加工領(lǐng)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(dá)到50kW.
FRONIUS公司已經(jīng)用全數(shù)字化電源TPS5000和12KW的CO2激光源有機(jī)的結(jié)合在一起。下表就是來(lái)自Meyer Werft的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這是在4.5m×13m的實(shí)驗(yàn)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(jí)鋼材，焊接方式是對(duì)接和角接，焊接位置是平焊和橫焊，并且不用背面襯墊。實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shí)，焊接的板厚達(dá)到15mm，焊縫搭橋能力的間隙可達(dá)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(dá)0.4mm，板材厚度可達(dá)15mm.通過(guò)四種分別是5mm，8mm，12mm，15mm的不同厚度材料的實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估在容忍間隙下的焊接速度。氦氣和氬保護(hù)氣對(duì)激光-電弧焊工藝的影響由基礎(chǔ)研究來(lái)討論。保護(hù)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(fù)合焊與其他競(jìng)爭(zhēng)工藝的比較
在造船工業(yè)，激光-GMAW-復(fù)合焊已被應(yīng)用德國(guó)Papenburg的Meyer船廠。這里甲板預(yù)制的全自動(dòng)化生產(chǎn)就是以該種工藝開(kāi)發(fā)的。因?yàn)檫@種工藝方法可高質(zhì)量的完成20倍于20米長(zhǎng)區(qū)段的焊接生產(chǎn)，而不需要將板翻面。在甲板預(yù)制區(qū)內(nèi)，有兩個(gè)對(duì)接焊工作站。厚度在15mm以?xún)?nèi)的板能達(dá)到3.0米/分鐘的焊接速度。另外，還有兩個(gè)角接焊接工作站，用于焊接直線尺寸長(zhǎng)度在20米以?xún)?nèi)，厚度在12毫米的甲板或墻板。焊接前，焊接接頭用角磨機(jī)械加工保證良好的部件精度。
2 光纖激光的研究
IPG光子公司在金屬加工領(lǐng)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?xún)?nèi)，其工廠和總部設(shè)在牛津，另外在歐洲還有另外兩個(gè)制造工廠。其核心技術(shù)：獨(dú)有的活性光纖和獲得專(zhuān)利的泵浦技術(shù)使多組態(tài)半導(dǎo)體激光器比線性陣列半導(dǎo)體激光器有著更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)槠涫沟冒雽?dǎo)體激光器達(dá)到很長(zhǎng)的工作壽命。其設(shè)備可能由摻鐿多包層光纖繞圈構(gòu)成，其工作波長(zhǎng)為1.07至1.08微米。還可能是摻銩，波長(zhǎng)為1.8至2.0微米或摻鉺，波長(zhǎng)為1.54至1.56微米。半導(dǎo)體激光器泵浦能量通過(guò)被疊成多包層線卷的多組態(tài)光纖傳導(dǎo)到活性介質(zhì)中。在活性光纖里直接生成了激光諧振腔。激光通過(guò)被動(dòng)單模光纖特有的直徑為6微米的纖芯進(jìn)行傳導(dǎo)。最終激光束的衍射基本上被限制住，并且當(dāng)配備有內(nèi)置校準(zhǔn)器時(shí)，產(chǎn)生的光束極其平行。例如，100瓦的單模光纖激光當(dāng)聚焦直徑為5毫米時(shí)在半角具有的全角發(fā)散角為0.13毫弧度。