钛合金焊缝颜色最佳

长三角G60激光联盟导读

焊接行业智慧与远见的结晶——激光等离子同轴复合焊接技术。

什么是激光等离子同轴复合焊技术？

成都智见复合科技有限公司是一家专业致力于研发复合焊接技术及设备的创新性高科技公司，与国内外激光、焊接领域的知名公司、科研院校及专家保持长期友好合作，共同致力于复合焊接技术的发展。受益于此，智见复合在与以色列PLASMA-LASER TECHNOLOGIES公司开展等离子MIG旁轴复合焊接技术的过程中受到启发，潜心多年、独立研发了激光等离子同轴复合焊接技术及激光等离子复合焊接系统（设备名称）。该技术与设备均属国际首创，拥有自主知识产权，已申请并取得多项专利。

激光等离子同轴复合焊技术同时采用激光束和等离子电弧两种热源，激光束从等离子电弧中心穿过，等离子电弧和激光束共同作用于熔池的高能束复合焊接技术，是针对焊接领域开发的全新复合热源。激光等离子复合热源具有内在协同作用，可克服或者缓解激光焊接的裂纹、脆性相形成、气孔率高；等离子焊接效率低、热变形大等不足。降低材料对激光能量的反射率，提高激光的能量利用率，得到比单束激光焊接熔宽更大、熔深更深的熔池、更快的焊接速度、缺陷更少的焊缝，继而高效率、高质量地完成焊接工作。

复合热源工作状态示意

复合热源工作状态示意

激光等离子同轴复合焊工作过程示意

激光焊接的深宽比通常能到达12：1，即激光焊接熔深是熔宽的12倍。传统的MIG/MAG、TIG、等离子等焊接方法，能量传导方式为接触式热传导，焊接深宽比小于1。MIG/MAG、TIG、等离子等传统焊接方法通常先将能量转化为电弧等离子体，以电弧等离子体热量，加热融化金属实现焊接目的。焊接中热量均匀扩散，热影响区大，改变母材部分区域热处理状态降低材料性能。激光焊的能量传导方式为照射，激光光子入射到金属晶体，光子与电子发生非弹性碰撞，光子将能量传递给电子，使得电子由原来的低能级向高能级跃迁。与此同时金属内部的电子之间也发生碰撞，每个电子两次碰撞的时间间隔为10-13S的数量级，吸收了光子能量的高能级电子将在与其他电子以及晶格的相互作用中进行能量传递，光子的能量最终转化为晶格的热振动能，引起材料温度升高，改变材料表面及内部的温度，达到融化材料实现焊接。激光能量传递方式与传统的焊接方法不同，造成的结果是热影响区小、焊接速度快、能量控制精准，基本不改变材料的热处理状态，材料性能不受影响。

激光焊接应用中存在的不足:

1. 激光焊缝残余应力高。焊后及结构使用中出现裂纹缺陷的几率较大；

2. 激光焊的气孔率较高。激光焊接特有小孔特性在焊接过程中高概率演变为焊缝中气孔或空蚀缺陷；

3. 激光焊接难以焊接高反材料。激光焊接对光反射率高的材料，焊接过程不稳定易引起焊缝质量波动或者需要使用更高功率的激光器，使得设备投入成本加大。

4. 激光焊的工件组对间隙要求高。施焊前需要时间和手段使被焊工件的组对间隙满足焊接要求；

5.激光深熔焊接飞溅问题。激光焊接中“小孔”，是激光能量能够被材料吸收的关键因素。然而“小孔”的存在却造成了激光焊接飞溅明显，实验证明激光等离子复合焊接技术能很好的抑制激光深熔焊接产生的飞溅，并且飞溅出现的程度随等离子能量的增加而减少。

激光等离子复合焊接技术的出现，将出色地解决以上激光焊接所表现的不足。提高铝合金、镁合金、铜合金等材料的焊接适应性；高温合金、超高强钢（高氮钢）、特种不锈钢、钛合金、高铬高镍材料有更好的焊接效果；异种金属的焊接，例如铜和钢的焊接变得简洁方便，即在减少繁琐的焊前预处理过程的情况下，依然能够得到优质的焊缝接头。

激光焊接、激光等离子复合焊接在碳钢焊接上的不同表现

测试方法：固定焊接参数，对比不同焊接方法之间的差异性。

测试条件：温度26℃、湿度60%RH

使用设备安川X100 25Kg机器人作为轨迹执行机构、CWFL-6000W冷水机、创鑫激光MFSC-6000W、PL-1000200-01型激光等离子复合焊机。

焊接材料：

牌号：Q235B

板材厚度：5mm

材料成份：C:0.12-0.20， Si: ≤0.30， Mn：0.30-0.70 ，S≤0.045， P：≤0.045 ，Cr：≤0.30， Ni：≤0.30 ，Cu：≤0.30。

焊接参数：

焊缝表面成形：

图中焊缝：“1”为激光等离子复合焊焊缝，“2”为单独激光焊焊缝。

焊缝截面成形：

缺陷检测：激光等离子复合焊，焊缝经过射线探伤，焊缝内部不含有直径大于0.1mm的气孔、内部无裂纹、夹渣，满足GB/T-3323-2005对一级焊缝的要求。

结论：激光与激光等离子同轴复合焊的焊接熔深，在激光能量相同的前提下，复合焊接的熔深略大于单激光焊接；焊接熔宽是单独激光焊接近4倍。熔宽更宽的焊缝说明对间隙的容忍度更高，对装配精度要求更低，整体成本降低；熔深增加代表可适当提高焊接速度，增加焊接效率；焊缝内部无缺陷，焊缝的可靠性高，焊接效果稳定。

铝合金焊接——7075-T6 铝合金

焊接方法：激光等离子复合焊接

焊接条件：温度25℃、湿度60%RH

使用设备安川X100 25Kg机器人作为轨迹执行机构、CWFL-6000W冷水机、创鑫激光MFSC-6000W、PL-1000200-01型激光等离子同轴复合焊机。

待焊材料：牌号7075—T6

板材厚度：6mm

材料成份：Si:0.0-0.5， Fe: ≤0.70， Cu：1.2-2.0 ，Mn≤0.30， Cr：≤0.29 ，Zn：≤6.10， Ti：≤0.20 ，Al：≤余量。

焊接参数：

焊缝正面成形：

破坏后焊缝断口状态：

射线探伤底片：

结论：经由四川省理化计量无损检测有限责任公司，射线探伤检测，参照标准HB/Z20014-2012进行焊缝评定，满足该标准Ⅰ级焊缝要求。铝合金焊接是焊接行业的难点，气孔是铝合金不可避免的缺陷。经过长期试验，匹配得到合适的能量参数、激光形态、工作环境、保护气成份、焊接速度等必要条件，激光等离子同轴复合焊接技术焊接的焊缝达到射线探伤无气孔状态，相对于普遍不超过0.5m/min的TIG、等离子焊等传统焊接技术，焊接效率增加近1倍。

铝合金：

传统铝合金焊接极易出现气孔、裂纹、空蚀等缺陷。

单束激光焊接与激光等离子复合焊接焊缝表面效果对比：可以明显看出，单束激光焊缝表面有密集的气孔，而激光复合焊缝表面由于熔池变宽，可以有效消除焊缝中的气孔、裂纹、空蚀等缺陷。

单独激光焊接焊缝（左） 激光等离子同轴复合焊接焊缝（右）

新能源车用铝型材 焊速 0.8m/min

2mm+2mm铝板搭接焊：焊速1.8m/min

2mm+2mm铝板叠焊：焊速 1.0m/min

2mm+2mm铝板对接焊：焊速 2.3m/min

Al6061拉伸检测报告

AL6061 铝合金 2mm 板材对接接头抗拉力学实验，结果显示焊缝强度为母材的 82%。传统MIG焊接焊缝强度为母材的60%左右，等离子焊接为70%。条件最为苛刻实用难度较高的搅拌摩擦焊能够达到80%左右，实验表面激光等离子复合焊，焊接的抗拉强度接近搅拌摩擦焊。

铜合金焊接：

铜在熔融状态下，金属表面光洁如镜，激光能量被反射，激光能量吸收率低，叠加铜的高导热性能，热量散失快。这些都加剧了激光焊接铜的难度。激光等离子同轴复合焊接能够很好得克服激光焊接高反射材料的不足，扩展激光焊接的应用范围。

紫铜板对接焊缝微观图

紫铜对接焊

1.2mm+1.2mm紫铜板搭接焊：焊速 0.7m/min

钛合金焊接：

火箭、导弹和高速飞行器上都存在钛合金材料构件。钛合金焊接后，可根据焊缝颜色快速判定焊缝质量优劣。焊缝质量由差至优的焊缝呈现颜色依次为：灰色（最差，焊缝显脆性无法使用）—深蓝色—金紫色—金黄色—淡黄色—银白色（最佳）。

激光等离子同轴复合焊接技术，焊接的TC4钛合金焊缝多呈现银白色，强度高，焊缝美观。对这些焊缝进行抗拉强度测试，抗拉数值完全符合标准。

正面焊缝 背面焊缝

TC4钛合金薄板焊接

TC4钛合金焊接拉伸检测试样及报告

结论：经由四川省理化无损计量检测有限责任公司检测，激光等离子复合焊接技术焊接的钛合金，经过检测焊缝强度可达到与母材同等程度。

钢及不锈钢薄板焊接：

钢在汽车车身、家居、家电、建筑、食品、高铁、医疗器械等众多行业应用广泛。利用激光等离子同轴复合焊接技术完成的空调或冰箱的压缩机罐体、钢制家具的框架结构、食品生产机械等的焊接，焊接效果优，有利于该技术在钢制品焊接领域的大力发展。

钢焊缝微观图像

1mm+1mm 碳钢搭接焊：焊速2.0m/min

2mm+2mm碳钢 0.5mm间隙搭接焊：焊速 1.8m/min

1mm+1mm 碳钢叠焊焊接：焊速2.0m/min

不锈钢搭接焊：焊速2.5m/min

不锈钢对接焊：焊速1.8m/min

白车身

汽车白车身薄钢板搭接

连续搭接焊缝，焊接飞溅小，自熔焊接，焊缝强度满足设计要求，焊接速度：2m/min——3m/min

热水器内胆

内胆封头焊接

罐体环缝对接焊

稳定工作的复合热源

激光等离子同轴复合焊接技术在开发阶段，已就耐久性和稳定性做了充分考虑，进行针对性的设计。冷却系统、控制系统、焊炬，能够长时间、高强度保持稳定的工作状态。如钢轨点焊硬化，扁线电机定子线圈端点焊接此类需要频繁起弧焊接的工况，使用复合热源焊接具有明显的优势。

连续起弧测试件

扁线电机定子端点焊接

应用案例

某厂商使用激光等离子同轴复合焊接系统生产用于制造酿造储存塔的夹套板。系统单次连续稳定工作70分钟，焊缝长度140米，每天连续工作16小时，目前已经累计工作8000余小时，焊接速度快，焊缝光洁美观，焊接过程飞溅少，使用该板材制作的存储塔耐蚀性强。相较于原有渠道，该夹套板整体费用节约数百万元以上。

激光等离子同轴复合焊接技术的出现并非对激光焊接行业的挑战，恰恰相反，是一种机遇。激光等离子同轴复合焊接技术是激光焊接技术的深化、提高，是对激光技术应用的全新开拓，有利于在各种工业领域推广激光器，从深度和广度上全方位扩展激光器应用场景和市场。

来源：成都智见复合科技有限公司供稿

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