激光焊接技术在船舶制造中的应用与前景陈飞摘要:本文介绍了激光焊接技术的原理、特性，结合船舶本身的加工和应用特点，阐述了激光焊接技术在船舶制造中的应用具有良好的发展前景，展示了无限发展潜力。关键词：激光焊接、船舶制造、应用、前景2009年10月，本人有幸赴欧洲船厂进行考察，通过与德国IMG公司激光焊接领域专家的技术交流和现场参观，初步了解了当前激光焊接技术在海洋工程及船舶制造领域的发展和应用情况，在此作简单介绍。一激光焊接技术概要激光焊接是材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。高功率激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域的应用日益广泛。据了解，激光焊接具有焊接能量密度高，可精确控制，穿透能力强，焊缝的深宽比大，热输入量低，焊接变形小，可利用不同焊接保护气进行焊接等优点，被认为是21世纪的焊接新热点。然而，由于激光聚焦后的光斑直径小，对被焊接工件的装配间隙要求很高，因此，在造船上应用激光焊接难度很大。据悉，目前，世界上仅有德国、美国等欧美国家应用激光焊接技术建造船舶，其中德国尤为领先，在激光发生器、激光焊接装置等方面做了很多研究工作。1、激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。激光焊接的机理有两种：（1）热传导焊接当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。（2）激光深熔焊当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿入更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。2、激光焊接的主要特性与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：（1）速度快、深度大、变形小。被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。（2）相比传统焊接，激光焊能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接装置简单。例如，激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能穿过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。（3）激光聚焦后，功率密度高，焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。由于熔深大,在造船中无需翻身即可获得良好的焊接接头，同时焊接边缘坡口角度小，小体积焊缝还能节省填充材料。（4）可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。（5）激光束易实现光束按时间与空间分光，从而能进行多光束同时加工及多任务位加工，这为更精密、更微型的船舶部件焊接提供了条件。但是，激光焊接也存在着一定的局限性：（1）要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺寸小，焊缝窄，若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。（2）激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。二、激光焊接技术在海洋工程、船舶配套等领域的应用据了解，在欧洲，激光焊接技术在海洋工程、船舶配套等领域得到了广泛应用。比如：（1）海洋工程设备的阀门密封圈焊接（合金复合材料），直径2~2.5m，常规焊接时间需要12小时，在真空状态下采用CO2激光焊接7分钟即可解决。效果明显，无热变形。（2）潜艇上高强度钢的激光切割和焊接。（3）油气管线的焊接。板厚15mm左右，采用内焊，激光焊接。据了解，俄罗斯至德国的油气管线制作采用激光焊接。（4）大功率燃气机叶轮焊接，直径2~2.5m，12%铬合金材料，在西门子和西屋公司均广泛采用。（5）大型低速机活塞缺陷通过激光焊接修补。低速机活塞部件一般运行4000~5000h后需要修复。使用涂铬激光焊修补工艺，覆盖层2mm，使用寿命可延长2~3倍。（6）螺旋桨空泡的修复。船舶螺旋桨长期和空气、水接触后，端头、侧面易产生空泡现象，影响推进效率。采用激光焊接在空