曹海春

（福建省瑞奧麥特輕金屬公司，福建 三明 353300）

陸地資源已經(jīng)無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，需要進(jìn)一步加快開發(fā)應(yīng)用海洋資源，同時(shí)，由于復(fù)雜的水下環(huán)境對設(shè)備造成的潛在危害，高質(zhì)量的水下焊接便凸顯出重要作用。目前水下焊接技術(shù)基本上可以對一些水下焊接問題有效解決，但是也帶來了不少的局限，無法達(dá)到高效的應(yīng)用需求。所以，積極發(fā)展水下激光焊自動(dòng)技術(shù)，加強(qiáng)研究自動(dòng)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，對于目前或者未來來講，都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性工作。

一、激光焊接技術(shù)工藝參數(shù)

（一）激光焊接的功率密度。在激光焊接中功率密度是最重要的參數(shù)。通過極高的功率密度，可以在幾秒或者幾微秒的時(shí)間內(nèi)快速加熱金屬至熔點(diǎn)，熔融焊接激光光束要想產(chǎn)生良好的光斑聚焦直徑取決于激光器光束輸出模式，模式越低，光點(diǎn)聚焦越小，焊縫越窄，則熱影響區(qū)域越小。

（二）激光焊接的脈沖波形。在焊接中激光脈沖波形非常關(guān)鍵。當(dāng)材料表面受到高強(qiáng)度激光束照射時(shí)，反射將會(huì)造成金屬表面60%-90%的激光能量被消耗，并且隨著不同反射率的表面溫度在一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)發(fā)生變化，金屬反射率具有極大變化，例如正弦波，比較適合迅速散熱的工作，飛濺很小、熔深淺；方波則適合緩慢散熱的工作，飛濺大且熔深大。通過調(diào)整可有效漸升與漸降功率防止焊件受到激光功率開關(guān)影響而瞬間突開、突閉導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)氣孔以及收尾弧坑裂紋問題。

（三）激光焊接的高焦量。離焦量具體是指工件表面與焦平面偏離產(chǎn)生的距離。離焦位置對拼焊過程中的小孔效應(yīng)造成了直接影響。離焦方式包括兩種：正負(fù)離焦。焦平面處于工件上方時(shí)稱為正離焦，反之則是負(fù)離焦。當(dāng)正負(fù)離焦量相同時(shí)，對應(yīng)平面產(chǎn)生了相似的功率密度，事實(shí)上得到了不同的熔池形狀。負(fù)離焦時(shí)，由于形成熔池過程造成了更大的熔深。試驗(yàn)說明，激光發(fā)生50-200us加熱時(shí)開始熔化材料，產(chǎn)生液相金屬并且部分形成汽化，通過極高的速度噴射高壓蒸汽，發(fā)出炫目的白光。同時(shí)，高濃度氣體造成液相金屬運(yùn)動(dòng)到熔池邊緣，并且在熔池中心產(chǎn)生負(fù)離焦凹陷時(shí)，材料內(nèi)部功率明顯高于表面，容易產(chǎn)生更為強(qiáng)大的氣化和熔化，促使材料在更深處傳遞光能。所以熔深在實(shí)際應(yīng)用中較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)利用負(fù)離焦，薄材料焊接最好選擇正離焦。

二、水下激光焊技術(shù)原理及特點(diǎn)

（一）水下激光焊技術(shù)原理。水下激光焊接工藝綜合了活性光學(xué)纖維和半導(dǎo)體二極管兩種激光技術(shù)。光源把極亮的半導(dǎo)體二極管發(fā)射器產(chǎn)生的聚焦光束通過光纖，從一個(gè)極小的光纖腔中發(fā)射出很強(qiáng)的光亮。在光學(xué)纖維中包含了激光束，光學(xué)纖維利用柔韌的金屬裝甲導(dǎo)管實(shí)行屏蔽。水下激光焊通過二極管纖維激光束，利用初次與二次保護(hù)氣對熔池實(shí)行保護(hù)，采用激光焊槍輸送保護(hù)氣。初次保護(hù)氣發(fā)揮了排開水功能，營造一個(gè)比較干燥的焊接環(huán)境，同時(shí)也為焊接創(chuàng)造了保護(hù)媒介。二次保護(hù)氣產(chǎn)生了一些對激光焊系統(tǒng)有利的條件，避免焊接時(shí)水涌入焊接試件中。水下激光焊和鎢極氬弧焊使用了一樣的填充金屬，保證可以正確連接填充金屬和母材。輸送填充金屬到形成激光束的熔池中，這類似于鎢極氬弧焊焊接過程。但是，水下激光焊使用的焊接工藝具有全自動(dòng)化特點(diǎn)，從這點(diǎn)分析水下激光焊與鎢極氬弧焊并不相同，因?yàn)樵诤附悠陂g鎢極氬弧焊還需要操作者對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。

（二）水下激光焊特點(diǎn)。1自動(dòng)化特點(diǎn)。由于是全自動(dòng)化的水下激光焊，對于焊接質(zhì)量來說初始安裝非常關(guān)鍵。自動(dòng)化工藝減輕了依賴焊接操作者技能的程度，準(zhǔn)確控制工藝過程確保了焊縫的高度統(tǒng)一。一旦安裝好焊接設(shè)備，設(shè)計(jì)好控制操作步驟，焊接操作者只要按下啟動(dòng)鍵就能夠進(jìn)行焊接。在這一過程中操作者不需要調(diào)整設(shè)備。2可靠的焊接特點(diǎn)。準(zhǔn)確的激光束熱輸入量以及科學(xué)控制稀釋率能夠確保焊縫質(zhì)量的連續(xù)統(tǒng)一，經(jīng)過測試表明高純沉積率的原因是焊接過程輸入量的低熱。

三、水下激光焊接自動(dòng)化修復(fù)工藝的應(yīng)用及測試

（一）水下激光焊接自動(dòng)化修復(fù)工藝的應(yīng)用。作為水下激光焊熱源的光學(xué)纖維發(fā)射激光，最大程度上降低了焊接系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可以有效開發(fā)應(yīng)用密封或者遠(yuǎn)程焊接場合的焊接接頭。同時(shí)在人們不適合長期工作的場合也可以應(yīng)用自動(dòng)化焊接工藝。

在修理或者維護(hù)場合應(yīng)用水下激光焊接，類似與其他水下工藝方法的運(yùn)用。具體包括了修理近海鉆探油平臺(tái)以及海底其他傳統(tǒng)焊接方法產(chǎn)生的問題場合。這一工藝也對存在焊接飛濺的地方比較適用，這些場合應(yīng)用傳統(tǒng)的電弧焊法會(huì)危害工人的生命安全。

（二）水下激光焊接自動(dòng)化修復(fù)工藝的應(yīng)用測試。1檢測不同類型的焊縫金屬。目前，機(jī)械性能包含了拉伸測試、側(cè)彎測試，以及對水下激光焊熔敷的強(qiáng)度與致密性進(jìn)行評估。從水下激光焊多道焊縫產(chǎn)生的三層鋼板上獲得側(cè)彎試樣，通過柱塞型試驗(yàn)設(shè)備與卷包測試夾具實(shí)行側(cè)彎檢測。通過目視檢查這兩種測試設(shè)備，沒有發(fā)現(xiàn)問題，之后的液體滲透探傷也沒有找出任何問題。2測試擴(kuò)散氫含量 。實(shí)行氫含量擴(kuò)散試驗(yàn)對水下激光焊工藝影響氫含量的情況進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果說明，擴(kuò)散的氫含量要比焊接干燥環(huán)境下應(yīng)用手工電弧焊產(chǎn)生的擴(kuò)散氫含量少。實(shí)際上，剩余的氫含量完全可以媲美空氣中采用鎢極氬弧焊產(chǎn)生的氫含量。

水下激光焊樣品氫含量平均為100克0.5毫升。相較于國際標(biāo)準(zhǔn)這些試樣的氫含量明顯低一個(gè)數(shù)量級。按照這些測試數(shù)據(jù)分析，比較水下激光焊接與傳統(tǒng)水下電弧焊，前者擁有更低的氫致裂紋延遲的敏感度。

結(jié)語

水下激光焊自動(dòng)修復(fù)技術(shù)是一種焊接創(chuàng)新技術(shù)，其是一種具有極強(qiáng)綜合性的技術(shù)，綜合激光技術(shù)、焊接技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、材料技術(shù)以及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。人們尚沒有完全對水下激光焊自動(dòng)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用范圍與焊接能力充分認(rèn)識，還需要科技工作人員不斷研究與探索。相信水下激光焊自動(dòng)修復(fù)技術(shù)在不久的將來不但出現(xiàn)在更多的加工領(lǐng)域，還會(huì)在這些領(lǐng)域成為加工主流技術(shù)。

[1]陸斌鋒,蘆鳳桂.激光焊接工藝的現(xiàn)狀與進(jìn)展.焊接，2008（04）.

[2]張文舉.淺析激光焊接技術(shù)的工藝與方法.黑龍江科技信息，2011（02）.