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摘要：光焊與電弧焊是兩種不同的焊接工藝，很早就在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。Fronius公司開(kāi)發(fā)的laserHybrid激光復(fù)合焊技術(shù)是將這兩種焊接技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從而獲得了優(yōu)良的綜合性能，在改善轎車焊接質(zhì)量和生產(chǎn)工藝性的同時(shí)，提高了效率/成本比。另外laserHybrid工藝還具有更好的間隙容忍性、高的焊接速度以及非常好的機(jī)械/技術(shù)性能，因而對(duì)汽車工業(yè)來(lái)說(shuō)具有極大吸引力和經(jīng)濟(jì)效益。

光焊與電弧焊是兩種不同的焊接工藝，很早就在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。Fronius公司開(kāi)發(fā)的laserHybrid激光復(fù)合焊技術(shù)是將這兩種焊接技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從而獲得了優(yōu)良的綜合性能，在改善轎車焊接質(zhì)量和生產(chǎn)工藝性的同時(shí)，提高了效率/成本比。另外laserHybrid工藝還具有更好的間隙容忍性、高的焊接速度以及非常好的機(jī)械/技術(shù)性能，因而對(duì)汽車工業(yè)來(lái)說(shuō)具有極大吸引力和經(jīng)濟(jì)效益。

激光-MIG復(fù)合焊工藝

激光焊不僅需要很好的激光源，而且需要質(zhì)量很高的激光束，以確保能夠獲得期望的熔深。高質(zhì)量的激光束可以實(shí)現(xiàn)更小的焦點(diǎn)或更大的焦距。當(dāng)前一般采用功率為4kW的釹YAG激光器，激光通過(guò)直徑為600微米的光纖實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)焦ぜ?。釹YAG激光器焊接金屬時(shí)的激光束強(qiáng)度可達(dá)106W/cm2，當(dāng)激光到達(dá)材料的表面時(shí)，該點(diǎn)的溫度迅速升高到揮發(fā)溫度，并形成揮發(fā)孔，焊縫最明顯的特征是具有很高的深寬比。激光焊的熱影響區(qū)非常窄，焊縫的深寬比很高，具有高的焊接速度，但由于焦點(diǎn)直徑很小，所以焊縫橋聯(lián)能力很差。

而電弧焊則是通過(guò)弧柱傳輸能量，MIG電弧燃燒的能量密度稍高于104W/cm2。電弧焊的特點(diǎn)在于電源成本低，焊縫橋聯(lián)性好，易于通過(guò)填充金屬改善焊縫結(jié)構(gòu)。但電弧焊的能量密度比較低，加熱面積較大，焊接速度相對(duì)較低。

laserHybrid激光復(fù)合焊技術(shù)并不是將激光和MIG電弧焊兩種焊接方法依次作用，而是兩種焊接方法同時(shí)作用于焊接區(qū)。除了電弧向焊接區(qū)輸入能量外，激光也向焊縫金屬輸入熱量。

開(kāi)始焊接時(shí)需解決表面反射問(wèn)題，尤其是鋁合金，這時(shí)需采用特殊的開(kāi)始程序。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都可以傳到工件上。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)生在填充焊絲上，使得更多的金屬揮發(fā)，從而使激光的能量傳輸更加容易。

激光和電弧在不同程度和形式上影響復(fù)合焊的性能（如圖1），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。

一體化 LaserHybrid的優(yōu)點(diǎn)
焊接效果

（如表）激光-MIG焊采用激光束和電弧共同工作，焊接速度高，焊接過(guò)程穩(wěn)定，熱效率高以及允許更大的焊接裝配間隙。激光-MIG復(fù)合焊的熔池比MIG焊的要小，熱輸入低，熱影響區(qū)小，工件變形小，大大減少了焊后糾正焊接變形的工作。激光-MIG復(fù)合焊接，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的熔池，而后面的電弧輸入的熱量同時(shí)起到了焊后回火處理的作用（尤其是在焊接鋼時(shí)）。

經(jīng)濟(jì)性

激光束焊的特點(diǎn)在于熔深大，焊接速度高，熱輸入低，焊縫窄，但焊更厚的材料需要更大激光電源。復(fù)合焊比激光焊更加經(jīng)濟(jì)。激光-MIG復(fù)合焊的焊縫是由激光和MIG焊共同形成的，降低了所需激光束的能量，從而大大降低了激光器的功率。因?yàn)榧す馄鞯男蕛H為3%，因而作用在工件上的激光束能量每降低1kW,則在激光器上降低的能耗就接近35kVA。在歐洲，每增加1kW的激光功率大約需要10萬(wàn)歐元，如果能用3kW的激光器代替4kW的激光器，投資就可以節(jié)省10萬(wàn)歐元。當(dāng)然，還要考慮到增加MIG焊電源和激光焊頭所需的費(fèi)用4萬(wàn)歐元。

由于激光-MIG焊的焊接速度非常高，因此可以降低生產(chǎn)時(shí)間和生產(chǎn)成本。激光-MIG復(fù)合焊可焊接1～4mm的鋁、鋼和不銹鋼。鋼和不銹鋼的熔透焊接最大厚度只能達(dá)到5mm。對(duì)于鍍鋅板，可使用其方法之一：激光熱絲釬焊。

LaserHybrid在大眾汽車上的應(yīng)用

對(duì)汽車來(lái)說(shuō)，要求車身結(jié)構(gòu)具有高的強(qiáng)度，車門能滿足高速行駛要求。大眾汽車公司要求焊接結(jié)構(gòu)件盡量采用激光焊。因此，激光-MIG復(fù)合焊是一項(xiàng)完美加工方法，大眾的概念車Phaeton D1所有車門都采用激光-MIG復(fù)合焊。車門可使用低密度復(fù)合鋁板、鑄件和冷軋材料，代替厚而重的鋁鑄件，對(duì)裝配間隙要求低，在保證了高堅(jiān)固性能同時(shí)還滿足了重量輕的要求，并且在汽車開(kāi)動(dòng)時(shí)保持噪音最低。

在汽車中有許多像鋁板與鋁鑄件這樣的搭接接頭，由于采用的AA6XXX母材具有熱裂的傾向，因而都要求采用激光焊，而單純使用激光+冷絲焊工藝，焊絲的熔化就會(huì)消耗了大部份的激光能量。采用激光-MIG復(fù)合焊，激光提高了焊接速度（焊速4.2 m/min），MIG焊增大焊縫的熔池，因而與單用激光焊相比能滿足更大焊接間隙。圖3是鋁板與鋁鑄件的激光-MIG復(fù)合焊接頭，填充焊絲采用ALSi12，焊絲直徑1.6mm,使用純氬保護(hù)。

激光復(fù)合焊同激光焊/激光冷絲焊的搭接焊比較

圖4描繪了搭接焊時(shí)，焊速為2.4m/min，激光-MIG復(fù)合焊與激光焊的區(qū)別。激光焊時(shí)，焊縫表面會(huì)產(chǎn)生凹陷，而且熔深很小，焊道窄，抗拉強(qiáng)度低。激光-MIG復(fù)合焊時(shí)，更多的材料熔入熔池，無(wú)表面凹陷產(chǎn)生，節(jié)省了熔化焊絲所需的激光能量，這部分能量被用于增加母材的熔深和焊道的寬度,而這恰恰是好的機(jī)械性能所必需的。

假如用激光焊（填絲）焊接圖5的工件，這需要夾緊工裝以保證所需的裝配間隙，而增加工裝就存在焊接可達(dá)性問(wèn)題，因此需要更小尺寸的焊頭。而用LaserHybrid典型的焊接規(guī)范是：2.8m/min焊接速度，4000W的激光源，填絲速度6.6m/min。

激光-MIG復(fù)合焊也可焊接其它類型的接頭，尤其是角接接頭、搭接接頭、對(duì)接接頭。

激光－MIG復(fù)合焊焊頭

圖6所示的是Fronius復(fù)合焊頭。該焊頭幾何尺寸小，確保能夠有很好的焊接可達(dá)性，尤其是在焊接車身時(shí)。此外，焊頭具有良好的可拆卸性，便于安裝到機(jī)器人上，以及在焊接過(guò)程中焦距和焊炬具有可調(diào)功能，調(diào)整精度為0.1mm。焊接過(guò)程中的飛濺會(huì)污染激光頭的防護(hù)玻璃，為了保護(hù)激光系統(tǒng)，在方形玻璃片的兩邊都噴涂了一層防反射材料。

隨著玻璃片的污染程度的增加，會(huì)導(dǎo)致作用在工件上的激光能量逐漸減少，甚至可能降低90%，導(dǎo)致防護(hù)玻璃片的失效，大部分激光被玻璃片本身所吸收，并且產(chǎn)生熱應(yīng)力。焊頭裝有水冷的噴嘴和槍頭,負(fù)載率為250A 100%。

這種焊頭可實(shí)現(xiàn)四種焊接方法：1）激光-MIG復(fù)合焊；2）激光焊（不填絲）；3）MIG/MAG焊；4）激光熱絲釬焊（尤其適合鍍鋅板）。因此，在一個(gè)車門上，laserHybrid系統(tǒng)可全部完成所有焊縫的焊接,即可實(shí)現(xiàn)MIG焊、激光焊、激光-MIG復(fù)合焊,而無(wú)需更換設(shè)備。這里順便提一下熱絲激光釬焊，它也是采用MIG焊電源預(yù)熱填充焊絲（不是熔化焊絲），同激光-MIG復(fù)合焊的區(qū)別只是增加了一套軟件。

結(jié)論

激光-MIG復(fù)合焊技術(shù)為汽車工業(yè)提供了一種全新的焊接技術(shù)，尤其是對(duì)于激光束焊無(wú)法實(shí)現(xiàn)或在經(jīng)濟(jì)上不可行的裝配間隙較寬的焊接。它具有寬廣的應(yīng)用范圍和高效的特性，同時(shí)減少投資成本、縮短了生產(chǎn)時(shí)間、節(jié)約了生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)率，具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

激光-MIG復(fù)合焊也提供了一種全新的焊鋁工藝。當(dāng)然這也得益于高效率的YAG激光器問(wèn)世，保證了焊接過(guò)程的穩(wěn)定，從而使此技術(shù)在實(shí)踐中得以應(yīng)用。Fronius公司對(duì)復(fù)合焊技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究。大量的研究表明，將兩種不同的焊接方法融合在一起是可行的，而且可以獲得更為良好的綜合性能，復(fù)合焊同時(shí)也提高了對(duì)各種材料和結(jié)構(gòu)的可焊性、焊接性能以及焊接的可靠性。這在大眾汽車公司鋁合金車（Phaeton D1，AUDI A8）的焊接中得到了應(yīng)用驗(yàn)證。另外可通過(guò)調(diào)整不同的焊接參數(shù)，獲得滿足不同焊接需要。如可影響焊縫的形狀和結(jié)構(gòu)組成，通過(guò)增加填充金屬可以提高焊縫的橋聯(lián)性，增加焊縫的寬度，減少了焊前的準(zhǔn)備工作。此外，激光-MIG復(fù)合焊大幅提高了焊接效率，并在投資成本上比激光焊要低，焊接可達(dá)性更高，焊接接頭適用性更廣。激光復(fù)合焊還可應(yīng)用在軌道機(jī)車車輛、容器、輪軸等方面。

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LaserHybrid激光復(fù)合焊在大眾和奧迪汽車的應(yīng)用

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