傳統上厚度超過20mm以上的大厚板焊接一般采用多絲埋弧焊、熔化極氣保護焊、電渣焊等焊接方法，在焊接時要求開坡口并進行多層焊接。隨著板厚的增加，焊接層數增加，使得在實際生產中增加了準備工序和焊接加工的時間，從而造成了生產效率下降和焊接成本增加，同時由于輸入的線能量大，熱影響區大，導致焊后變形大，焊接接頭力學性能下降等。如今在造船、核電站、管道、航空航天等領域焊接中越來越要求提高生產效率，改善產品質量，大功率激光焊接的發展能夠很好滿足這一要求。

　　與傳統的電弧焊接相比，激光焊接有很大的優勢。激光深熔焊接的主要優點是：深熔焊接模式下焊縫深寬比大，焊道數量少，總的熱輸入量少，可大大減少焊接變形。所以，用激光焊替代目前船舶制造中使用的傳統焊接方法（主要是埋弧焊和活性氣體保護焊），使得不開坡口進行單道焊接或大大減少焊接層數成為可能，這能較大提高焊接速度和焊接生產效率，更重要的是能減小焊接變形；同時由于焊接熱源能量密度集中、線能量小、熱影響區很窄，使得焊接接頭的力學性能優異。激光-MIG復合焊接，結合了激光焊接和MIG焊接的優勢，可獲得較高的焊接效率及焊接質量。

　　1試驗設備與材料

　　試驗材料為24mm厚的船用鋼板。鋼板和焊絲的化學成分如表1所示，母材的組織為塊狀鐵素體和珠光體的機械混合組織。試驗采用創鑫激光2500W連續光纖激光器。系統中的電弧焊機采用kemppi公司生產的Kemppi Pro增強型焊機。

　　表1 鋼板和焊絲的化學成分(wt，%) Table 1 Chemical composition of steel plate and wire

　　2 厚板多道焊接工藝

　　2.1 坡口形式

　　坡口的設計對于激光焊接的質量與效率都有很大的影響。確定的坡口形式如圖1所示。根據激光的功率，鈍邊厚度確定為12mm，在坡口下部開了一個4×3.6mm矩形槽，主要是為了在道純激光焊接的時候有效地抑制激光光致等離子體，使得焊接過程穩定，保證焊接質量。

　　圖 1多道焊的坡口形式

　　Figure 1 Groove form of multi-pass welding

　　2.2 焊接工藝優化

　　試驗中共通過5道實現24mm厚船用鋼板的激光焊接。道采用純激光對試樣根部進行焊接，其余焊道采用激光-MIG復合焊接，隨著填充焊道數的增加，激光功率逐漸減小，送絲速度逐漸增加，電弧電壓基本維持不變。對獲得的焊縫宏觀截面進行檢測，沒有發現裂紋產生，存在極少量的細小的分散氣孔，采用的多道焊工藝能夠滿足船用技術要求。

　　激光焊接和MIG焊接恒定的工藝參數為，離焦量：-2 mm，激光側吹氣體及流量：100％He，30 L/min，MIG保護氣體及流量：75％He＋25％Ar，30 L／min，焊絲伸出長度：16 mm，激光與電弧間距為4mm。

　　圖2為24mm厚板激光多道焊接的焊縫橫截面，從圖中可以看到多道焊形成的5條焊縫。

　　圖 2 多道焊的焊縫橫截面

　　Figure2 Cross section of multi-pass welding

　　3 試驗結果與分析

　　3.1 多層焊接組織

　　（1）焊縫組織

　　由于采用多道焊接，在焊接熱循環的作用下，上一焊道的組織受下一焊道的影響，因此主要分析未受其他焊接道次影響的焊縫組織和受其他道次影響的焊縫組織。圖3和圖4所示為未受其他焊接道次影響的純激光焊接和最后一道激光-MIG復合焊的焊縫組織。純激光焊的焊縫主要為板條馬氏體和少量上貝氏體組成。該鋼材的碳含量并不高，但是由于激光焊接的冷卻速度快，焊縫有淬硬傾向，激光焊接后焊縫金屬因激光焊特有的高速冷卻而容易形成馬氏體淬硬組織，一般具有較高的強度和硬度，但會降低沖擊韌性。第2~5道采用激光-MIG復合焊，由于焊絲含碳量較低，焊縫冷卻后的組織主要為板條馬氏體，在原奧氏體晶界也有少量羽毛狀的上貝氏體組織。

圖 3純激光的焊縫組織

　　Figure 3 microstructure of pure laser welding

圖4 激光-MIG復合焊的焊縫組織

 Figure 4 microstructure of laser-MIG welding