中厚板的高功率激光焊接

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1、专稿【l】厚ilil3~高功率激光焊接水High-PowerLaserWeldingofPlate上海市激光制造与材料改性重点实验室黄坚李铸国唐新华研究和应用结果表明，采用高功率激光焊接技术可实现高速、极小焊后变形的中厚板焊接，焊接接头质量良好，某些钢种的激光焊缝和热影响区表现出远优于常规焊接的冲击韧性，为激光焊接在重大装备制造中的应用提供了有力的支撑。随着高功率激光焊接的优越性逐渐得到业内的认可，高功率激光焊接工艺必将在重大装备的中厚板焊接甚至厚板焊接中得到更为深入的应用。黄坚未来将在船舶制造、飞机制造、钢铁展了些零星的研究工作。工学博士。上海交通大学副教授，生产等重大设备制造、能源等工业领

2、为了能焊接更厚的材料，往往硕士生导师。主要从事材料激光焊接与熔敷、焊接过程的数值模拟等方面的域得到突破应用，促进焊接生产效率需要更高功率的激光。高功率激光研究。现任上海市激光制造与材料改和质量的提高。焊接具有一次熔深大、深宽比大、焊性重点实验室副主任，上海交通大学材激光应用于焊接始于上世纪60接速度快、热输入量低、变形小等特料学院激光制造实验室副主任。年代，自70年代以来，随着激光器输点。高功率激光焊接更多地被应用出功率的增加和光束质量的提高，具于中型和重型工业的生产制造中，有大深宽比特点的激光深熔焊接得如船舶、核电、钢铁、能源、油气管道商用高功率激光器的出现和不到了快速发展。作为先进焊接技术

3、，等。断发展，使高功率激光焊接技术得到激光焊接技术近年来在工业制造中对于工业制造中涉及的板材，不了深入的研究和发展。高功率激光得到越来越广泛的应用，比如汽车制同工业领域、不同材料对板厚的划分在中厚板的焊接制造上展现出高速、造业、航空航天等领域。目前的应用实际上有所不同。我们在此粗略地单道熔透、高质量接头、低变形等优主要集中在薄板或熔深要求较小的把板厚在6～20mm之间的板材称点，得到了工业界越来越多的关注，场合。由于激光焊接的突出优点，对为中厚板，板厚在20mm以上的则于更厚材料的激光焊接，国外西方国称为厚板。采用激光焊接的中厚板原国防科工委资助项目(B1420080218)。家已开展了相应的

4、研究，国内目前开焊缝通常具有长度长、形状规则、低26航空制造技术·2010年第2期．．。稿变形要求等特点。散冷却型的可达激光束质量最高，以纯激光焊接、激光填丝焊接和激光电快速轴流型的输出功率最高(可达弧复合焊接，也是高功率激光焊接的高功率激光焊接技术20kW以上)。主要焊接技术方法。1高功率激光器及其功率市场上高功率的固体激光器主纯激光焊接时因没有填充金属，要进行高功率激光焊接自然首要有3类，即Nd：YAG激光、光纤激对焊接件接头间隙有相当高的要求，先需要有高功率激光。通常我们把光和半导体激光，它们输出激光的波要求间隙小、避免大的错边，所以厚输出功率在lkW以上的激光称为长均在1m左右。半导体

5、激光因受板单道激光对接焊时一般较少采用高功率激光。当然，激光类型不同，限于其工作机理而只能获得光束质纯激光焊，以避免出现过大的焊缝表其高功率的界限实际上会有所不同。量较差的激光，即激光的发散角大、面凹陷。激光填丝焊则因填充金属自上世纪90年代以来，激光技术有方向性差。所以半导体激光主要用加入而使其对间隙有一定的容忍度。了快速发展，商用激光器的输出功率于堆焊(表面熔敷)、钎焊和浅熔深焊激光电弧复合焊，这里一般指激光～不断提高，从而使高功率激光焊接得接。Nd：YAG激光的最大输出功率熔化极电弧复合焊，则因为熔化极的以实现。已达6kW。在其基础上发展起来的高效率熔化而进一步提高了间隙容在现有的激光器

6、类型中，二氧化盘片式激光器输出功率可达8kW，电忍度。同时电弧热源的加入，使焊接碳(CO，)激光器和固体激光器是目光转换效率达20％以上。光纤激光过程热循环的变化更丰富。图1显前主要的2种高功率激光器。是近几年来得到快速发展的固体激示的是这3种高功率激光焊接技术CO，激光器为气体激光器，以光器，其激光器结构独特并且创新。的原理和典型焊接接头横截面形状。He：N，：CO，混合气体为激光工作气光纤激光以双包层光纤为谐振腔，以其中所给的激光电弧复合焊原理示体，通过对CO，分子的激励而发出二极管激光为泵浦源，其多模状态下意图中电弧是旁轴式的，通常还会有激光，激光波长为10．6m。由于气可输出激光功率达

7、25kW以上的高同轴复合方式。从图中焊缝横截面体介质在谐振腔内的分布均匀性好，质量光束。因结构紧凑、维护简单、形状上可以发现，纯激光和激光填丝所以容易获得近衍射极限的高斯光运行可靠，已表现出良好的应用势焊的焊缝截面形状是相近的，而激光束。CO，激光器按照结构可细分为头，在相当多的领域正在逐步替代传电弧复合焊的焊缝横截面形状结合多种类型，其中快速轴流型、横流型统的Nd：YAG激光和CO，激光器。了熔