大族光子：大功率激光-电弧复合焊应用解决方案
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随着制造业的快速发展，尤其是工程机械、船舶、轨道交通、汽车零部件、管道、容器、钢构及其它重工行业对高质量、高效率焊接技术的需求日益增加，激光-电弧复合焊作为一种新型、高效、优质的焊接工艺，其市场需求将持续增长。
同时，在全球环保意识日益增强的背景下，激光-电弧复合焊技术以其环保、节能的特点，成为推动可持续发展的重要力量。相比传统的焊接方法，激光电弧复合焊技术能够减少废气等污染的排放，降低能源消耗和环境污染，符合现代工业对绿色生产的要求。
激光-电弧复合焊具有高效、优质、节能、低成本的焊接特点，单道熔透厚度可达20 mm以上，相比纯电弧约0.6 m/min的焊接速度，复合焊速度可达2 m/min，对于20 mm厚板，复合焊可不开坡口直接焊接，综合效率可提高10倍以上，各焊接方法特点对比如图1所示。
图2 激光-电弧复合焊设备组成
激光-电弧复合焊设备组成如图2所示，主要包括激光器、弧焊电源、送丝机、复合焊接头、机器人及控制系统等。
激光-电弧复合焊原理如图3所示，激光热源与电弧热源叠加共同作用于母材，激光可获得深度，电弧可获得饱满度。为达到最佳的激光电弧耦合效果，需对多参数进行设置匹配。图中，D1为光束离焦量，D2光丝间距（焊丝与激光光斑中心的距离），D3为焊丝干伸长度，A为弧焊枪焊接角度，其它参数还包括激光相关参数，如激光器功率、光纤芯径、激光头配置等，电弧相关参数，如焊丝直径、电流、电压、保护气及流量等，在实际焊接过程中还需针对工件形状进行复合焊枪姿态调整。
大族光子针对复合焊开发了第一代万瓦系列激光器，功率覆盖12 kW~60 kW，具有功率响应时间快、稳定性高的特点，满功率响应时间小于50 μs，11小时烤机功率波动<1%。
图5 20 kW激光器功率稳定性测试
大族光子新一代万瓦激光器产品采用976 nm泵浦技术，电光效率最高达45%，产品光模块的集成度高，支持总线控制功能，可以同时兼顾薄板的高速切割与中厚板的亮面切割，大大提高穿孔、切割、焊接等工艺质量，主要应用于新能源、船舶制造、航空航天、工程机械等行业的切割、焊接、熔覆、表面处理等领域。
焊接试板材料选择常用的碳钢，牌号为Q235B，焊丝选用牌号为ER50-6，激光器为大族光子20 kW连续光纤激光器。
12~20 mm碳钢单面角焊、25 mm碳钢双面角焊成形如图7-12所示，在较优激光入射角度下，单面角焊可实现20 mm厚板单面焊双面成形，焊缝成形良好，未见气孔、未熔合等缺陷。
8~20 mm碳钢拼焊单面焊、25 mm碳钢拼焊双面焊成形如图13-17所示，焊缝成形良好，未见气孔、未熔合等缺陷。
选取12 mm拼焊试板进行拉力测试，焊缝拉伸测试结果如图18所示，断裂位置为母材，焊缝抗拉强度良好。
进行1.5 m长缝焊接测试，焊接样件如图19所示，样件正反面成形均匀，焊接稳定性良好。
（1）采用20 kW激光器进行中厚板碳钢复合焊，角焊可实现20 mm厚板单面熔透焊接，拼焊可实现20 mm厚板单面熔透焊接，双面焊接厚度不小于25 mm；
（2）激光-电弧复合焊效率高、焊接质量好、焊接强度高；
（3）经1.5 m长缝焊接测试验证，大族光子激光器焊接稳定性良好。
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