雷射和GMAW工藝結合的混合焊接法

        在造船和管道敷設工作中經常用到厚鋼板焊接技術，這種運用傳統熔化極氣體保護焊（GMAW）工藝的技術需要大量不同的焊接通道。板厚超過5毫米時，由於熔池變大且難以控制，再加上基體材料所需的熱輸入，單道熔化極氣體保護焊往往不適用。根據材料厚度的不同，需要有不同數量的逐次進行的焊接通道，有時還要在不同的工作站進行加工。 

        高功率雷射系統能減少焊接通道數量並改善成本狀況，同時提高焊接速度、降低熱輸入變形以及減少矯正返工。一種前景看好的方法是將雷射和GMAW工藝結合的混合焊接法，可以減少焊接通道數量和縮短焊接時間。同時，這種混合焊能夠通過選擇填充焊絲來影響焊縫硬度和韌度、消除縫隙以及校正線性錯邊，而僅僅用雷射光束作為一種自熔焊方法是不可能達到上述效果的。雷射光束的小面積熱輸入特性導致深熔和高焊接速度，因而不適合GMAW工藝。

        HyBright項目由德國聯邦教育與研究部（BMBF）資助，其目標是減少焊接通道數量和加工時間。不萊梅大學雷射應用研究所（BIAS）在混合工藝中使用8千瓦高光束質量光纖雷射器來焊接16毫米的厚鋼板。在單一焊道中，8千瓦的雷射功率並不足以焊接厚鋼板，因而選擇了一種接頭準備方法在兩條焊道中進行焊接。使用帶有寬坡口鈍邊（Y形接頭）的V形對接接頭作為一種焊縫接頭準備，坡口鈍邊為6到10毫米，夾角為45度到60度。根部焊道（見圖1）使用混合工藝進行焊接，其餘坡口使用活性氣體保護焊（MAG）工藝進行焊接（見圖2）。 

圖1、根部焊道使用混合焊接，0毫米縫隙，坡口鈍邊6毫米，夾角60度。

        
圖2、全焊縫，根部焊道使用混合焊接，填充焊絲焊道使用金屬極氣保護焊（MAG）焊接，縫隙0.5毫米，坡口鈍邊10毫米，夾角45度。

        通過使用混合焊工藝，即使存在縫隙或線性錯邊，根部焊道的焊接也毫無問題。根部焊道能夠消除最大1.2毫米的縫隙，校正最大0.5毫米的線性錯邊。焊接速度受坡口鈍邊的焊接影響，介於16米/分鐘和1.8米/分鐘之間。由於填充焊絲焊道使用MAG工藝進行焊接，焊接速度降低至0.4米/分鐘。這種焊接過程帶來了高質量的焊縫，沒有裂縫、氣孔或不完全焊透等內部瑕疵。與高性能焊接工藝埋弧焊相比，總焊接時間能夠縮短50%。而且，如果填充焊絲焊道的焊接能夠得到優化，那麼焊接時間將進一步縮短，從而提高工藝的利潤率。（作者：Stefan Grnenwald ）
         
        本文作者Stefan Grnenwald（[e-mail]）在不萊梅大學雷射應用研究所（www.bias.de）完成了上述工作，謹向資助HyBright項目（FK 13N9278）的德國聯邦教育與研究部表示感謝。