王 凱，朱加雷，焦向東，王紀(jì)兵，蔡源超

（北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，北京102617）

激光焊接技術(shù)在船舶制造中的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

王 凱，朱加雷，焦向東，王紀(jì)兵，蔡源超

（北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，北京102617）

激光焊接技術(shù)作為激光加工技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一，近年來在船舶制造領(lǐng)域的應(yīng)用引起各國的廣泛關(guān)注，隨著造船工業(yè)對節(jié)能高效、低碳環(huán)保、生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展要求逐步提高，激光焊、激光復(fù)合焊等新型焊接工藝得到了飛速發(fā)展。介紹激光焊接技術(shù)在船舶制造領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，分析激光復(fù)合焊在船用鋁合金、防銹鋁，船用T型高強(qiáng)鋼及不銹鋼的焊接優(yōu)勢，提出深入研究激光復(fù)合焊接工藝在船用合金材料焊接應(yīng)用的必要性。

激光焊接技術(shù)；節(jié)能高效；激光復(fù)合焊接工藝

0 前言

激光焊接技術(shù)始于20世紀(jì)60年代末，是一種焊接速度快、深寬比大、變形小的新型焊接技術(shù)，在德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)化應(yīng)用階段。目前，激光焊在船舶制造、航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域已有諸多應(yīng)用。造船業(yè)是激光焊接技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。

船身的主要制造工藝就是焊接，由于船用板材厚度大、焊縫長，因此焊后的翹曲變形是造船工藝的主要問題。激光焊接技術(shù)可以有效減小焊接變形和焊縫缺陷，再加上近年來大功率連續(xù)激光器的發(fā)展和應(yīng)用，激光焊接的鋼板厚度、焊縫質(zhì)量和焊接效率也隨之大幅提高。因此，激光焊接技術(shù)在船舶制造領(lǐng)域具有廣闊的推廣發(fā)展前景以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 激光焊接技術(shù)在船舶制造中的應(yīng)用特點(diǎn)

激光焊接技術(shù)用于造船業(yè)的主要優(yōu)勢就是低畸變制造技術(shù)。此外，還能集切割與焊接操作于一體，與其他工業(yè)設(shè)備搭配靈活，易于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)線高度自動(dòng)化生產(chǎn)。

在船體結(jié)構(gòu)方面，激光焊接技術(shù)在船體骨架、帶筋船艙壁板、船艙甲板以及船用波紋夾芯板、貨輪集裝箱等船體結(jié)構(gòu)均有應(yīng)用，其應(yīng)用范圍如圖1所示[1]。在船體材料方面，激光焊接技術(shù)可焊材料種類多，熱源密度集中，使船體材料的使用范圍大大增加。目前，國內(nèi)外船舶制造應(yīng)用到的金屬材料幾乎均可使用激光焊接，包括一般強(qiáng)度船用鋼（CCSACCSB CCSCCCSD）、高強(qiáng)度船用鋼（AH32DH32AH36EH36 DH40）、鋁合金（Al-Mg系列合金的5083、5086等耐蝕合金、Al-Mg-Si系列的6061、6063等T狀態(tài)合金、船用防銹鋁5052、5082等）、不銹鋼（304不銹鋼、304L、316L、1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼等）以及上述異種材料的不同組合的焊接，例如304不銹鋼和LF6防銹鋁的焊接、304L不銹鋼和高強(qiáng)鋼AH32的焊接等。

圖1 激光焊接技術(shù)在船舶制造中的應(yīng)用示意

激光焊接技術(shù)不僅解決了船體異種材料的焊接性問題，并且在焊接質(zhì)量和加工精度方面均有不同程度的提高，此外其焊接熱應(yīng)力、熱變形小，大大降低了焊后整形工作量，提高了加工效率。

2 激光-MIG復(fù)合焊在船用鋁合金上的焊接應(yīng)用

國外鋁合金材料在船體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。在美國采用鋁合金制造的各種艦船已有2 000多艘，法國、英國等歐洲國家建造的鋁合金游艇、科學(xué)考察船等約有1 000多艘，日本目前也有將近100多家公司正在建造鋁合金游艇、客輪等船體[2]，我國于2005年自主研發(fā)建造了全鋁合金結(jié)構(gòu)的北海救201號快速救助船，如圖2所示。

圖2 我國自主研發(fā)建造的全鋁結(jié)構(gòu)快速救助船

鋁合金材料之所以在造船業(yè)廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)殇X合金具有相對密度小、比強(qiáng)度高、耐海水腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。其中，應(yīng)用最為廣泛的是5083、5086等5xxx系列防腐鋁合金，目前國內(nèi)主要使用的焊接方法是TIG焊和MIG焊，存在的主要問題有：熱輸入量大，引起較大的焊接變形；焊接接頭和熱影響區(qū)有較大程度的軟化現(xiàn)象，接頭強(qiáng)度下降；長焊縫焊接過程的穩(wěn)定性差；焊接速度慢，生產(chǎn)效率低。為解決上述問題，國外發(fā)達(dá)國家已建立新型焊接生產(chǎn)線對鋁合金船板進(jìn)行焊接加工。

德國的Aker Warnow Werf船廠與美克倫博格焊接技術(shù)研究所對船用鋁合金進(jìn)行了激光-MIG復(fù)合焊相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)采用4.4 kW的Nd:YAG激光和MIG焊復(fù)合焊接系統(tǒng)，對鋼鋁混合結(jié)構(gòu)船只中5083鋁合金對接和T型接頭進(jìn)行了激光-MIG復(fù)合焊接實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：相比單純激光焊，MIG焊接熱源的加入穩(wěn)定了焊接過程，大大減少了焊接變形和焊接應(yīng)力，提高了焊縫強(qiáng)度，增強(qiáng)了對厚板的焊接能力。焊縫不論在強(qiáng)度、形貌、腐蝕性、焊接熱變形各方面均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MIG焊，并且焊接速度達(dá)到1.0～2.0 m/min，與傳統(tǒng)MIG焊相比，速度提高了3～4倍。Aker Warnow Werf船廠建立的激光焊接系統(tǒng)及生產(chǎn)線如圖3所示[3]。

圖3 Aker Warnow Werf船廠激光焊接生產(chǎn)線

華中科技大學(xué)的王軍、余圣甫等人對鋁合金薄板的激光-MIG復(fù)合焊工藝進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)設(shè)備為美國IPG公司YLR-4000型光纖激光器和奧地利Fronius TPS4000型MIG焊機(jī)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括采用高速攝像和光譜分析的方法對焊接過程的金屬等離子形態(tài)進(jìn)行分析，考察激光功率、焊接速度、光絲間距、離焦量等工藝參數(shù)對焊縫質(zhì)量和外觀形貌的影響，利用掃描電鏡、X射線探傷等實(shí)驗(yàn)方法對焊縫微觀組織及機(jī)械性能進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：光致等離子體和金屬蒸汽受激光功率、焊接速度等參數(shù)的影響，從一定程度上可以反映熔深大小，對焊接飛濺和氣孔率有間接影響；證實(shí)了采用激光-MIG復(fù)合焊接5754高鎂鋁合金時(shí)，焊縫表面成形美觀，無氣孔、裂紋等焊接缺陷，焊后變形和應(yīng)力都很??；焊縫機(jī)械性能優(yōu)良，細(xì)化了微觀組織，甚至無明顯的熱影響區(qū)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到220 MPa，幾乎與母材強(qiáng)度相同。激光-MIG復(fù)合焊接工藝相比于單一MIG焊能夠大幅提高焊接效率和焊縫質(zhì)量，提高焊接過程穩(wěn)定性，對船用鋁合金的工業(yè)應(yīng)用推廣具有重要的意義[4]。

3 激光-MIG/MAG復(fù)合焊在船體結(jié)構(gòu)鋼上的焊接應(yīng)用

常用的船體結(jié)構(gòu)鋼有一般強(qiáng)度鋼（A、B、D、E級），高強(qiáng)度鋼（AH32、DH32、EH32、AH36、DH36、EH36級）等，其中以T型結(jié)構(gòu)、三明治型結(jié)構(gòu)船用結(jié)構(gòu)件的焊接居多，并且在船身建造過程中，一般強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼使用量所占比例約為50%，其中70%的焊接接頭是T型接頭[5]。船體結(jié)構(gòu)鋼在船身大型船板結(jié)構(gòu)，船體龍骨等應(yīng)用如圖4所示。

圖4 船用高強(qiáng)鋼T型結(jié)構(gòu)件

目前，國內(nèi)造船企業(yè)采用的焊接方式主要有焊條電弧焊、埋弧焊和CO2氣體保護(hù)焊等傳統(tǒng)焊接方法。隨著船舶輕量化，制造工業(yè)的綠色化、高效化發(fā)展，傳統(tǒng)焊接方法在焊接速度、焊縫質(zhì)量及生產(chǎn)成本等方面均不能滿足現(xiàn)代船舶制造自動(dòng)化的發(fā)展趨勢。激光電弧復(fù)合焊在T型結(jié)構(gòu)件、三明治板的焊接應(yīng)用中，不僅提高了焊接效率，降低了單純激光焊對工件裝配精度要求，而且使高速焊接過程中的電弧更加穩(wěn)定，焊縫更深、焊接速度及焊縫質(zhì)量均得到了提高[6]。此外，激光電弧的耦合作用有效改善了單一熱源焊接中如燒穿、咬邊以及氣孔等缺陷[7]。

英國焊接研究所TWI專門為船身結(jié)構(gòu)件開發(fā)了激光-MAG復(fù)合焊工藝，并對5mm厚度的AH355碳錳鋼板進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，激光電弧復(fù)合焊的焊接速度大于1.5 m/min，角焊縫尺寸大于3.5 mm，焊縫強(qiáng)度、硬度高于母材強(qiáng)度，且沒有裂紋、氣孔等焊接缺陷[7]。

英國曼徹斯特大學(xué)機(jī)械學(xué)院的WeiGuo等人在激光加工研究中心（英國）針對超窄間隙激光焊接高強(qiáng)鋼工藝進(jìn)行了相關(guān)研究，并選取英國Tata鋼鐵廠提供的S960和S700兩種新型高強(qiáng)鋼作為實(shí)驗(yàn)材料，這兩種鋼材在英國廣泛應(yīng)用于海洋裝備（海上風(fēng)力發(fā)電、石油勘探、管線鋪設(shè)）和船舶制造行業(yè)中。與傳統(tǒng)焊接工藝相比，激光窄間隙焊接高強(qiáng)鋼具有速度快、熔透率高和較低的熱扭曲等優(yōu)點(diǎn)，尤其在焊接X80、X100管線鋼時(shí)優(yōu)勢更為明顯[9-10]。在6 mm和8 mm厚S960和13 mm厚S700高強(qiáng)度鋼板的多次焊接實(shí)驗(yàn)中，成功實(shí)現(xiàn)超窄間隙焊接1.2～1.4 mm平行槽焊接，并解決了厚板材料熔化下垂的問題，焊接質(zhì)量和焊接效率可以通過增加激光功率和送絲速度得到提高，同時(shí)接頭保持了較好的拉伸強(qiáng)度[10]。

荷蘭Lappeenranta科技大學(xué)圖爾庫科學(xué)技術(shù)研究中心的Anna Unt等人對AH36船用鋼T型結(jié)構(gòu)的激光-MAG復(fù)合焊接工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)過程中采用美國IPG公司YLS-10000型光纖激光器，研究光纖直徑及焊接速度、送絲速度等工藝參數(shù)對焊縫微觀組織和機(jī)械性能的影響[11]，激光-MAG復(fù)合焊接工藝結(jié)構(gòu)如圖5所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用600 μm光纖直徑的激光束對8 mm厚AH36鋼T型接頭可實(shí)現(xiàn)全熔透焊接，且單面焊雙面成型的效果最好?？紤]到焊縫根部質(zhì)量與頂部同樣重要，故不同焊接速度需要匹配不同的激光功率和送絲速度，但焊接速度不宜過大，否則接頭脆化現(xiàn)象嚴(yán)重，無法滿足使用要求。當(dāng)焊接速度為1.25m/min時(shí)，送絲速度不宜超過10.2 m/min，否則即使采用10 kW的激光功率也不能實(shí)現(xiàn)全熔透焊。

圖5 激光-MAG復(fù)合焊接工藝結(jié)構(gòu)

芬蘭阿爾托大學(xué)的Heikki REMES和 Petri VARSTA教授對激光復(fù)合焊高強(qiáng)鋼接頭焊縫幾何形貌對接頭機(jī)械性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)材料采用芬蘭造船常用的RAEX S275高強(qiáng)耐磨CO2激光-MAG復(fù)合焊接接頭，以焊縫高度、寬度、缺口壓力和切口深度為主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果表明接頭幾何形貌受焊槍角度影響較大，幾何形貌的微小變化引起應(yīng)力集中系數(shù)的變化很大，從而影響了接頭的疲勞強(qiáng)度性能；與激光焊相比，激光電弧復(fù)合焊減小了應(yīng)力集中系數(shù)受接頭形貌尺寸影響的變化范圍，容易獲得性能良好的焊接接頭[12]。

日本的造船業(yè)在全球范圍居于領(lǐng)先地位。日本中央冶金研究所M.Wahba、大阪大學(xué)M.Mizutani、S.Katayama等人對14 mm和17 mm的K36D船用鋼板進(jìn)行了激光電弧復(fù)合焊接實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用IPG公司20 kW級光纖激光器和Fronius TPS5000全數(shù)字化焊機(jī)，采用不同比例的He、Ar和CO2保護(hù)氣體在不同焊接工藝參數(shù)下，分析接頭的微觀組織和力學(xué)性能。焊接接頭在沖擊試驗(yàn)后高倍掃描電鏡下的斷口形貌如圖6所示，雖然接頭的平均沖擊韌性148 J小于母材的193 J，但仍高出造船行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)27 J的最小值要求。焊接接頭的金相組織結(jié)構(gòu)如圖7所示，可以看出1區(qū)母材主要為等軸鐵素體和珠光體，2～4區(qū)為熱影響區(qū)（分別為部分重結(jié)晶區(qū)，重結(jié)晶區(qū)和粗晶區(qū)），5是熔合區(qū)。分析焊縫微觀組織可知，激光電弧復(fù)合焊能夠得到較好的船用結(jié)構(gòu)鋼接頭；除接頭頂部和過熱區(qū)存在少量柱狀晶，其他區(qū)域均由針狀鐵素體和馬氏體/奧氏體/碳化物成分組成，提高了接頭的沖擊韌性[13]。

圖6 高倍掃描電鏡下接頭斷裂

圖7 光學(xué)顯微鏡下接頭顯微組織

我國在2010年超越韓國成為世界第一造船大國，國內(nèi)相關(guān)研究學(xué)者為此付出了不懈努力。在船舶激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)胡連海等人采用CO2激光-MAG復(fù)合焊接工藝對14mm厚10Ni3CrMoV鋼T型接頭進(jìn)行了連續(xù)全熔透焊接實(shí)驗(yàn)，如圖8所示，激光束與底板成角度8°～10°傾斜入射，MAG焊槍與腹板的角度為45°，焊接時(shí)將裝置向左旋轉(zhuǎn)45°，模擬船形位置焊接。激光功率12kW，焊接速度1.2 m/min[14]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，角焊縫無未焊透、裂紋等缺陷。顯微硬度值在粗晶區(qū)最大為355 HV，焊縫質(zhì)量滿足船用要求。

圖8 T型結(jié)構(gòu)件焊接示意

上海交通大學(xué)的莊凱等人采用德國TRUMPF生產(chǎn)的TLF15000 turbo快速軸流激光器和Kemppi Pro焊機(jī)在船用E級鋼的焊接實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，采用激光-MIG復(fù)合焊在焊縫粗晶區(qū)產(chǎn)生了大量粒狀貝氏體組織，有利于改善接頭的低溫韌性，其強(qiáng)度和硬度相比于傳統(tǒng)焊接工藝也大大增加[15]。

大連理工大學(xué)宋秋平等人對船用普碳鋼Q235B的激光-MAG復(fù)合焊接工藝進(jìn)行了相關(guān)研究，焊接系統(tǒng)采用美國IPG公司的YLS-2000型光纖激光器和德國LORCH公司生產(chǎn)的SpeedPuls焊機(jī)進(jìn)行復(fù)合高速焊接實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于單獨(dú)MAG焊，激光復(fù)合焊接頭組織得到明顯細(xì)化，顯微硬度、拉伸強(qiáng)度均有提高，沖擊韌性得到明顯強(qiáng)化的同時(shí)減少了咬邊等焊接缺陷，抗疲勞性能明顯加強(qiáng)，但斷裂韌性方面差異很小[16]。

綜合國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的研究成果可以看出，激光-MIG/MAG復(fù)合焊接技術(shù)與傳統(tǒng)焊接工藝相比，焊縫熔深增加了0.5～2.5倍，在滿足焊縫質(zhì)量要求前提下，采用相同焊接熱輸入時(shí)，焊接速度至少提高1.5倍，并且無明顯焊接缺陷，同時(shí)焊接熱應(yīng)力、熱變形大幅降低，因而大幅減少焊后矯正變形的時(shí)間，節(jié)省了建造成本。

4 激光-電弧復(fù)合焊在船用不銹鋼的焊接應(yīng)用

隨著全球海洋運(yùn)輸船舶，特別是海洋油氣鉆探和采集平臺(tái)等海洋工程裝備需求的日益增多，不銹鋼管在海洋船舶中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。目前海洋鋼結(jié)構(gòu)中，不銹鋼管使用較多的是304L、316L、1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼等，主要采用TIG焊。這種焊接方法缺點(diǎn)很多，如焊接接頭熱影響區(qū)寬，易出現(xiàn)粗晶區(qū)，導(dǎo)致接頭的力學(xué)性能降低，耐蝕性能下降；其次，TIG焊接效率低，接頭熱輸入量大，熱變形、熱應(yīng)力都很大，且容易產(chǎn)生氣孔、咬邊等缺陷。采用激光-電弧復(fù)合焊對304L和316L不銹鋼進(jìn)行焊接，選擇合理的焊接參數(shù)，可以獲得良好的焊縫表面，減小焊接變形，提高焊縫質(zhì)量和焊接效率。

K.Stelling，H.Schobbert等人采用激光-等離子弧復(fù)合焊（LPPAW）對4 mm厚不銹鋼板進(jìn)行了立焊實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料采用高氮奧氏體不銹鋼。實(shí)驗(yàn)證明復(fù)合焊接過程穩(wěn)定，采用粉末填充的等離子弧焊能夠有效補(bǔ)償垂直方向焊縫受重力影響引起的不均勻性。在焊接冶金學(xué)方面，復(fù)合熱源改變了奧氏體鋼的凝固傾向，有效避免了焊縫的熱裂紋敏感性[17]。

北京航空航天大學(xué)的李曉輝、汪蘇等人發(fā)明了旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接工藝，采用美國PRC公司的PRC1500型CO2激光器和TC-300WX4交直流脈沖TIG焊機(jī)對304不銹鋼板進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖9所示。該實(shí)驗(yàn)分析了激光和電弧參數(shù)變化對焊縫質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，雙焦點(diǎn)激光的旋轉(zhuǎn)可以有效增強(qiáng)激光電弧的耦合作用，穩(wěn)定焊接過程。與TIG焊相比，雙光束旋轉(zhuǎn)激光電弧復(fù)合焊明顯提高了304不銹鋼的焊縫質(zhì)量和焊接效率；與單光束激光復(fù)合焊相比，旋轉(zhuǎn)激光的加入有效增加了激光電弧的耦合效果，使焊接過程更穩(wěn)定，提高了焊縫質(zhì)量和焊接效率，對不銹鋼的應(yīng)用推廣具有重要意義[18]。

5 激光-電弧復(fù)合焊在異種材料的焊接應(yīng)用

在現(xiàn)代船舶制造中，異種材料的焊接應(yīng)用越來越廣泛，在船體不同部位、不同結(jié)構(gòu)對材料要求不同，如防腐耐蝕、強(qiáng)度韌性、抗疲勞性能等。故研究異種材料焊接技術(shù)對船體特殊零部件的連接，船身特殊結(jié)構(gòu)的加工制造具有重要意義。

圖9 旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊結(jié)構(gòu)

韓國工業(yè)技術(shù)科學(xué)研究所（RIST）的Sung-Min Joo等人采用CO2激光-GMA復(fù)合焊接對13 mm厚高強(qiáng)船用鋼（AH32）和不銹鋼（304L）鋼板在不同工藝參數(shù)下（焊接速度、焊接電流、電壓和光絲間距）進(jìn)行了相關(guān)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，屈服強(qiáng)度滿足船用結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度要求，因?yàn)榧す鈴?fù)合焊熱源能量集中，深寬比大，可以提高過渡區(qū)熔合比，且相比于傳統(tǒng)焊接工藝，化學(xué)成分過渡較為平緩；在顯微組織硬度方面與母材幾乎相同；焊接接頭的斷裂均發(fā)生在不銹鋼一側(cè)，且抗疲勞強(qiáng)度幾乎與不銹鋼同種材料焊接強(qiáng)度相同[19]。

大連理工大學(xué)的孫彬、趙東升等人采用激光-TIG復(fù)合焊對LF6防銹鋁和304L不銹鋼板焊接工藝特性進(jìn)行研究，分析焊縫形貌、微觀組織、力學(xué)性能和斷口形貌，得到了鋁合金不銹鋼薄板異種材料激光復(fù)合焊接較為理想的工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)不銹鋼接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的74%，為422 MPa，而鋁合金接頭抗拉強(qiáng)度約為213 MPa，為母材的83%，斷裂方式為韌性斷裂，滿足造船行業(yè)最低強(qiáng)度要求。激光-TIG復(fù)合焊接不銹鋼和防銹鋁得到的焊縫形貌如圖10所示，可以看出正面焊縫外觀均勻一致，成形美觀，同時(shí)背面成形也比較好，焊縫完全熔透，未見氣孔、裂紋、咬邊等明顯缺陷，故得出結(jié)論：采用激光電弧復(fù)合焊對LF6防銹鋁和304不銹鋼異種材料焊接，得到的接頭機(jī)械性能更加優(yōu)良[20]。

6 結(jié)論

綜合國內(nèi)外船舶制造業(yè)焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，激光焊接技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國家船舶制造行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)成熟，像德國Meyer Werft造船廠、Fincantieri船廠和Aker Finyards船廠均建立了激光焊接生產(chǎn)線生產(chǎn)大型油輪、海洋船舶。據(jù)有關(guān)資料顯示，Meyer船廠的激光復(fù)合焊厚板直焊縫生產(chǎn)線采用4套12 kW級CO2激光-MAG復(fù)合焊設(shè)備，年均焊縫長度高達(dá)400 km，大約比傳統(tǒng)焊接建造總成本節(jié)約了30%，雖然我國已經(jīng)躍居世界第一造船大國，但在焊接工藝技術(shù)方面還落后于發(fā)達(dá)國家，要實(shí)現(xiàn)從造船大國到造船強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，還需引進(jìn)和推廣使用歐美發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)激光焊接技術(shù)，激光焊接技術(shù)在船體的不同部位、不同結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用方面都擁有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿Γ磥肀貙⒈粡V泛應(yīng)用于船舶制造領(lǐng)域。

圖10 304L不銹鋼激光-TIG復(fù)合焊對接焊縫形貌

[1]郭澤亮.激光焊接技術(shù)在艦船建造中的應(yīng)用[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2005，27（4）：81-84.

[2]劉曉莉.船舶制造中鋁合金焊接工藝研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.

[3]Ulf Jasnau，Jan Hoffmann，Peter Seyffarth.Nd：YAG-Laser -GMA-Hybrid Welding in Ship-building and Steel Construction[J].Robotic Welding，Intelligence and Automation，2004（299）：14-24.

[4]王軍.鋁合金光纖激光及其復(fù)合焊接的等離子體行為與工藝研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012.

[5]肖炯，胡連海，黃堅(jiān).船用鋼板T型接頭CO2激光-電弧復(fù)合焊接工藝與組織分析[J].熱加工工藝，2010，39（19）：159-162.

[6]高明，曾曉雁，胡乾午，等.激光-電弧復(fù)合焊接咬邊缺陷分析及抑制方法[J].焊接學(xué)報(bào)，2008，29（6）：85-88.

[7]石功奇，David Howse.船用鋼結(jié)構(gòu)的激光焊接以及激光-MAG復(fù)合焊接[J].電焊機(jī)，2007，37（6）：32-39.

[8]Wei Guo，Qiang Liu，F(xiàn)rancis Jone A，et al.Comparison of laser welds in thick section S700 high-strength steel manufactured in flat(1G)and horizontal(2G)positions[J].CIRPAnnals-Manufacturing Technology，2015，64（1）：197-200.

[9]Hui-Chi Chena，Andrew J.Pinkertona，Lin Lia，et al.Gapfree fibre laser welding of Zn-coated steel on Al alloy for light-weight automotive applications[J].Materials&Design，2011，32（2）：495-504.

[10]Wei Guo，Dave Crowther，John A.Francis，et al.Processparameter interactions in ultra-narrow gap laser welding of high strength steels[J].Int J Adv Manuf Technol，2016，84（9）：2547-2566.

[11]Anna Unta，Ilkka Poutiainen，Antti Salminen.Influence of Filler Wire Feed Rate in Laser-Arc Hybrid Welding of T-butt Joint in Shipbuilding Steel with differentoptical setups [J].Physics Procedia，2015（78）：45-52.

[12]Heikki Remes，Petri Varsta.Statistics of Weld Geometry for Laser-Hybrid Welded Joints and its Application within Notch Stress Approach[J].Welding in the World，2010，54（7）：189-207.

[13]M Wahba，M Mizutani，S Katayama.Microstructure and Mechanical Properties of Hybrid Welded Joints with Laser and CO2-Shielded Arc[J].Journal of Materials Engineering and Performance，2016，25（7）：2889-2894.

[14]胡連海，黃堅(jiān)，倪慧峰.10Ni3CrMoV鋼T型接頭CO2激光焊接工藝與組織[J].中國激光，2011，38（3）：1-6.

[15]莊凱.船用E級鋼高功率激光焊接接頭組織與韌性的研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2010.

[16]宋秋平.船用Q235鋼T型結(jié)構(gòu)件的激光-電弧復(fù)合高效焊接技術(shù)研究[D].遼寧：大連理工大學(xué)，2015.

[17]K Stelling，H Schobbert，Kannengiesser Boellinghaus.Vertical-up and-down Laser Plasma Powder Hybrid Welding of a High Nitrogen Austenitic Stainless Steel[J].Welding in the World，2005，49（5）：45-49.

[18]李曉輝，汪蘇.304不銹鋼旋轉(zhuǎn)雙焦點(diǎn)激光-TIG復(fù)合焊接[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，34（4）：431-433.

[19]Sung-Min Joo，Han-Sur Bang，Si-Young Kwak.Optimization of hybrid CO2laser-GMA welding parameters on dissimilarmaterialsAH32/STS304LusingGrey-basedTaguchi analysis[J].International Journal of Precision Engineering and Manufacturing，2014，15（3）：447-454.

[20]孫彬.船用不銹鋼和防銹鋁的激光-鎢極氬弧復(fù)合熱源焊接工藝特性研究[D].遼寧：大連理工大學(xué)，2013.

Development and application status of laser welding technology in shipbuilding

WANG Kai，ZHU Jialei，JIAO Xiangdong，WANG Jibing，CAI Yuanchao
（School of Mechanical Engineering，Beijing Institute of Petrochemical Technology，Beijing 102617，China）

As one of the highlights in research of the laser processing technology，laser welding technology and its application in the field of shipbuilding caused extensive concern of all countries in recent years.As the requirements of energy saving and high efficiency，low carbon environmental protection and the development of production automation increase gradually in shipbuilding industry，the new welding technology as laser welding and laser-hybrid welding are rapid development.This article introduces the laser welding technology in the application status and development prospects in the field of shipbuilding，mainly introduces the laser welding in marine aluminium alloy，anti-rust aluminum composite，marine high-strength steel of T structure and stainless steel welding，put forward the necessity of further study in laser welding technology and marine alloy composite materials in welding application.

laser welding technology；energy saving and high efficiency；laser-hybrid welding technology

TG456.7

C

1001－2303（2017）02－0058-07

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.02.11

2016-08-04；

2016-09-27

國家自然科學(xué)基金（51205026）；北京石油化工學(xué)院研究生創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃和實(shí)踐能力訓(xùn)練項(xiàng)目

王 凱（1992—），男，天津人，在讀碩士，主要從事激光電弧復(fù)合焊接方面的研究。

獻(xiàn)

王凱，朱加雷，焦向東，等.激光焊接技術(shù)在船舶制造中的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].電焊機(jī)，2017，47（02）：58-64.