在船舶制造领域，焊接技术是决定船舶建造周期、成本及质量的关键因素之一。传统电弧焊虽广泛应用，但其带来的焊接缺陷、变形及大量矫形工作，一直是行业内的痛点。随着科技的发展，激光焊接技术以其高效、精准的优势逐渐崭露头角。本文旨在研究船用钢板焊接工艺开发，主要采用优化选型激光器针对4mm-20mm厚度船用碳钢展开系统研究，为船舶行业提供高效、高质、低成本的焊接解决方案。

01 激光-电弧复合焊接技术背景与优势

船舶焊接工时约占船体建造总工时的30%-40%，成本占比同样高昂。传统电弧焊虽成熟，但在应对中大厚度碳钢板材时，效率低下且易产生变形。激光焊接技术，特别是激光-电弧复合焊接技术，凭借其高能量密度、低热输入的特点，有效解决了这些问题。该技术不仅提高了焊接效率，还显著降低了焊接变形，减少了后期矫形工作，为船舶制造业带来了革命性的变化。

02 激光-电弧复合焊接技术核心与突破

本研究通过优化激光-电弧复合焊接工艺参数（功率、速度、光丝间距、焊丝类型、弧长修正、引导方式等），解决了4-20mm碳钢船板焊接变形与缺陷问题，实现了单面焊双面成型，为船舶高效焊接提供了可靠技术方案。

1. 激光-电弧复合焊接技术

激光-电弧复合焊接技术结合了激光焊接和电弧焊接的优势，通过激光与电弧的相互作用，实现了更高的桥接能力和更稳定的焊接过程。相较于单一焊接方式，该技术具有显著优势，主要表现为4个方面：（1）高桥接能力：熔化区宽，桥接能力好，适用于中大厚度板材的焊接；（2）低残余应力与变形：线能量低，有效减少了焊接残余应力和变形；（3）高效率：焊接速度快，生产效率显著提升；（4）工艺适应性强：对工件装配间隙不敏感，适应性强。

2.激光工艺参数对船板焊接的影响

图1激光-电弧复合焊接工艺平台

图1所示为激光-电弧复合焊接工艺试验平台，主要由激光器、机器人、激光加工头、焊机及工作台等部分组成，光源选用RFL-C12000（200μm）激光器；通过对该项目的深入研究，针对4mm-20mm厚度船板，优化了激光功率、焊接速度、送丝速度、电弧电流等关键工艺参数。实验表明，当激光功率为7-9kW，焊接速度为20-30mm/s时，12mm厚Q345B船板可实现焊缝成型，无咬边、焊瘤等缺陷。

图2 焊缝表面形貌（v=20mm/s）

图3 焊缝表面形貌（v=25mm/s）

3. 不同焊丝类型对船板焊接的影响

在焊接过程中，焊丝的选择对焊缝质量有着重要影响。本研究发现，药芯焊丝相较于实芯焊丝，在流动性、填充性及焊缝力学性能上表现更优。特别是在高焊接速度下，药芯焊丝能更好地填充焊缝，减少未熔合等缺陷的发生。然而，在缺乏良好保存条件时，实芯焊丝也是一个可靠的选择，只需适当调整弧长修正参数即可。

表1 两种焊丝焊接焊缝成型尺寸结果

图4 焊缝表面形貌

图5 焊缝截面形貌

03 引导方式与光丝间距对船板焊接的影响

激光与电弧的引导方式及光丝间距对焊接质量同样至关重要。下图6、7分别为不同引导方式的焊缝截面形貌和X射线检测结果，实验表明，激光引导电弧方式在焊缝熔宽上表现更佳，而电弧引导激光方式则在焊接稳定性上更胜一筹。在实际应用中，可根据具体需求选择合适的引导方式。同时，光丝间距的最佳范围为1mm-4mm，这一范围内激光与电弧的耦合作用最强，焊接效果最佳。下表2和下图8为不同光丝间距对4mm船板焊接影响的焊接工艺参数和焊缝表面形貌。

图6焊缝截面形貌

图7 X射线检测结果

表2 焊接工艺参数

图8 焊缝表面形貌

04 激光-电弧复合焊接技术研究总结

船板激光-电弧复合焊接速度最佳范围为20mm/s-60mm/s。为了获得更好的焊接接头性能，生产优先选择药芯焊丝，弧长修正最佳为0-20；如果没有较好保存条件，优先选择实芯焊丝，弧长修正最佳参数范围为0-+10。光丝间距最佳范围1mm-4mm，焊枪角度与工件夹角最佳范围为45°- 60°。

激光非穿透焊优先采用激光-电弧复合焊接方式，激光穿透焊优先选择电弧-激光复合焊接方式。当船板穿透焊过程无自适应调节参数功能时，焊板间隙应控制在0.5mm以内；间隙＞0.5mm时，可探索激光摆动-电弧复合焊、双丝复合焊接方法或者增加焊接过程中自适应参数功能。

船板厚度在4mm-14mm范围内，采用激光-电弧复合焊接可以实现单面焊双面成型，仅一道就可以实现成型较好的焊缝；当船板厚度超过14mm时，需采用多道焊接，既可以单侧多道焊也可以双侧焊接实现成型较好的焊缝。4mm-20mm船板焊接焊缝宏观和微观、X射线、拉伸、硬度检测均符合《CCS中国船级社材料与焊接规范》标准要求。

转自：锐科激光

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