船舶制造，激光讓電弧升華
船舶是水上運輸和作業的重要交通工具，因其成本低、污染小且十分便捷，廣泛應用于貿易、物流、客運等行業。對于現代船舶制造而言，焊接技術是不可或缺的，每個制造環節都存在大量的焊接工序。不論是觀光郵輪還是傳統貨運船舶在建造方面大同小異，甲板層數多，艙室多是其主要特點。建造中既要盡量增加甲板層數，又要減輕上層建筑重量以保證船舶航行的穩定性，因此船舶的甲板和壁板以平直薄板和中厚板為主，這就要求船舶的焊接工作有較高的質量和精度來保證船體航行的安全性及線型的光順度和美觀性，以及甲板和艙壁板的平整度。
圖1傳統工藝造船現場
國內主流船廠針對船舶上層建筑分段片體的制造大都采用埋弧焊的方式進行焊接，之后再采用弧焊對扶強材進行焊接?；『负附铀俣嚷?，熱輸入量大，造成船體結構焊接后產生較大的熱變形，焊后的校平工作需要耗費大量時間。雖然有部分船廠提出了焊前增加反變形，焊中控制焊接順序或施加強制約束等方式來控制焊接變形，但同時也增加了額外的時間和成本。因此，船舶制造領域急需一種新的技術來提高其整體制造精度和效率。
隨著激光技術的發展，激光焊接憑借其高效率、熱輸入小、變形小、高深寬比、無接觸等優勢已開始在各行各業深入應用。但單激光焊接也存在一些不足之處。單激光焊接雖然可通過增加激光能量密度來提升焊接熔深，實現中厚板的焊接；但激光能量密度增大的同時會加劇母材的氣化和飛濺，導致焊縫表面成形變差，無法滿足船舶等行業的焊縫表觀質量的要求。另外，單激光焊接是依靠激光能量熔化母材實現板材的連接，因此對工件的裝配間隙要求很高，間隙過大會導致焊接無法順利進行，而船舶制造用板因其板料長度幅面大，裝配中不可避免會存在較大的間隙，因此單激光焊接的方式在船舶制造中的應用受限。
圖2激光電弧復合焊原理
針對船舶制造行業的材料特點，我們將激光與傳統電弧相結合，組合為一種新的焊接工藝——激光電弧復合焊，激光方面配備萬瓦級高功率激光器，以適應船舶行業的板材厚度，弧焊機選擇與激光焊接系統高度適配的焊接型號，兩者優勢合一，具有焊接變形小、效率高、焊接質量穩定，同時具有更好的裝配間隙容忍度，并利用焊絲填充焊縫，改變焊縫形貌，完美適配了船板焊接場景。
圖3華工激光萬瓦級激光復合焊接平臺
我司承接了某船廠的船板激光電弧復合焊工藝開發項目，針對船用5-10mm中厚板，通過大量工藝試驗與檢測分析，對各厚度船板進行激光復合焊接工藝研究，穩定實現5-10mm船板拼焊單面焊雙面成形和T形焊縫雙面焊，工件焊前均無需開坡口，焊縫成形飽滿、美觀、均勻一致，無不良缺欠，焊接強度高，滿足船級社焊接質量標準，獲取了船板中厚板激光電弧復合焊工藝規范和工藝數據庫。
圖4 10mm船板焊縫宏觀形貌
通過研究發現，采用激光電弧復合焊接技術之后，船板焊接變形大幅減小，在不考慮預置反變形的前提下，5mm船板拼焊焊接變形為0.3mm/m，10mm船板拼焊變形僅0.7mm/m，而同厚度材料采用MAG焊焊接時，5mm船板焊接變形量達到1.0mm/m，而10mm船板焊接變形量達到了3mm/m。同時，采用激光復合焊工藝，復焊接效率可達到傳統焊接效率的3~5倍，在同等板厚材料、同種接頭形式下，焊接同等長度的焊縫，由于激光復合焊無需開坡口，焊絲使用量遠小于傳統焊接，由于船舶制造焊接工序繁多，焊絲使用量巨大，若全部工序均采用激光電弧復合焊，每制造一艘船舶，至少可節約30%的焊絲成本。
圖5 10mm船板結構焊接效果圖
我司目前擁有多個萬瓦級光纖激光焊接柔性加工試制平臺，可實現5-20mm中厚板的高質量、高效激光焊接，與傳統焊接相比，在焊縫質量、變形控制、焊接效率及成本節約方面均有著巨大優勢。不僅在船舶制造，在工程機械、軌道交通、礦山機械等領域，激光焊接憑借著其獨到的技術優勢，有著廣泛的應用空間，我司憑借強大的激光加工設備平臺及豐富的工藝積累，為各行業客戶提供最具性價比的中厚板焊接解決方案。
