曹海春

（福建省瑞奥麦特轻金属公司，福建 三明 353300）

陆地资源已经无法达到经济发展要求，需要进一步加快开发应用海洋资源，同时，由于复杂的水下环境对设备造成的潜在危害，高质量的水下焊接便凸显出重要作用。目前水下焊接技术基本上可以对一些水下焊接问题有效解决，但是也带来了不少的局限，无法达到高效的应用需求。所以，积极发展水下激光焊自动技术，加强研究自动修复技术的应用，对于目前或者未来来讲，都是一项挑战性工作。

一、激光焊接技术工艺参数

（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参数。通过极高的功率密度，可以在几秒或者几微秒的时间内快速加热金属至熔点，熔融焊接激光光束要想产生良好的光斑聚焦直径取决于激光器光束输出模式，模式越低，光点聚焦越小，焊缝越窄，则热影响区域越小。

（二）激光焊接的脉冲波形。在焊接中激光脉冲波形非常关键。当材料表面受到高强度激光束照射时，反射将会造成金属表面60%-90%的激光能量被消耗，并且随着不同反射率的表面温度在一个激光脉冲作用期间内发生变化，金属反射率具有极大变化，例如正弦波，比较适合迅速散热的工作，飞溅很小、熔深浅；方波则适合缓慢散热的工作，飞溅大且熔深大。通过调整可有效渐升与渐降功率防止焊件受到激光功率开关影响而瞬间突开、突闭导致焊缝出现气孔以及收尾弧坑裂纹问题。

（三）激光焊接的高焦量。离焦量具体是指工件表面与焦平面偏离产生的距离。离焦位置对拼焊过程中的小孔效应造成了直接影响。离焦方式包括两种：正负离焦。焦平面处于工件上方时称为正离焦，反之则是负离焦。当正负离焦量相同时，对应平面产生了相似的功率密度，事实上得到了不同的熔池形状。负离焦时，由于形成熔池过程造成了更大的熔深。试验说明，激光发生50-200us加热时开始熔化材料，产生液相金属并且部分形成汽化，通过极高的速度喷射高压蒸汽，发出炫目的白光。同时，高浓度气体造成液相金属运动到熔池边缘，并且在熔池中心产生负离焦凹陷时，材料内部功率明显高于表面，容易产生更为强大的气化和熔化，促使材料在更深处传递光能。所以熔深在实际应用中较大时，应当利用负离焦，薄材料焊接最好选择正离焦。

二、水下激光焊技术原理及特点

（一）水下激光焊技术原理。水下激光焊接工艺综合了活性光学纤维和半导体二极管两种激光技术。光源把极亮的半导体二极管发射器产生的聚焦光束通过光纤，从一个极小的光纤腔中发射出很强的光亮。在光学纤维中包含了激光束，光学纤维利用柔韧的金属装甲导管实行屏蔽。水下激光焊通过二极管纤维激光束，利用初次与二次保护气对熔池实行保护，采用激光焊枪输送保护气。初次保护气发挥了排开水功能，营造一个比较干燥的焊接环境，同时也为焊接创造了保护媒介。二次保护气产生了一些对激光焊系统有利的条件，避免焊接时水涌入焊接试件中。水下激光焊和钨极氩弧焊使用了一样的填充金属，保证可以正确连接填充金属和母材。输送填充金属到形成激光束的熔池中，这类似于钨极氩弧焊焊接过程。但是，水下激光焊使用的焊接工艺具有全自动化特点，从这点分析水下激光焊与钨极氩弧焊并不相同，因为在焊接期间钨极氩弧焊还需要操作者对设备进行调整。

（二）水下激光焊特点。1自动化特点。由于是全自动化的水下激光焊，对于焊接质量来说初始安装非常关键。自动化工艺减轻了依赖焊接操作者技能的程度，准确控制工艺过程确保了焊缝的高度统一。一旦安装好焊接设备，设计好控制操作步骤，焊接操作者只要按下启动键就能够进行焊接。在这一过程中操作者不需要调整设备。2可靠的焊接特点。准确的激光束热输入量以及科学控制稀释率能够确保焊缝质量的连续统一，经过测试表明高纯沉积率的原因是焊接过程输入量的低热。

三、水下激光焊接自动化修复工艺的应用及测试

（一）水下激光焊接自动化修复工艺的应用。作为水下激光焊热源的光学纤维发射激光，最大程度上降低了焊接系统的复杂程度，可以有效开发应用密封或者远程焊接场合的焊接接头。同时在人们不适合长期工作的场合也可以应用自动化焊接工艺。

在修理或者维护场合应用水下激光焊接，类似与其他水下工艺方法的运用。具体包括了修理近海钻探油平台以及海底其他传统焊接方法产生的问题场合。这一工艺也对存在焊接飞溅的地方比较适用，这些场合应用传统的电弧焊法会危害工人的生命安全。

（二）水下激光焊接自动化修复工艺的应用测试。1检测不同类型的焊缝金属。目前，机械性能包含了拉伸测试、侧弯测试，以及对水下激光焊熔敷的强度与致密性进行评估。从水下激光焊多道焊缝产生的三层钢板上获得侧弯试样，通过柱塞型试验设备与卷包测试夹具实行侧弯检测。通过目视检查这两种测试设备，没有发现问题，之后的液体渗透探伤也没有找出任何问题。2测试扩散氢含量 。实行氢含量扩散试验对水下激光焊工艺影响氢含量的情况进行评价。结果说明，扩散的氢含量要比焊接干燥环境下应用手工电弧焊产生的扩散氢含量少。实际上，剩余的氢含量完全可以媲美空气中采用钨极氩弧焊产生的氢含量。

水下激光焊样品氢含量平均为100克0.5毫升。相较于国际标准这些试样的氢含量明显低一个数量级。按照这些测试数据分析，比较水下激光焊接与传统水下电弧焊，前者拥有更低的氢致裂纹延迟的敏感度。

结语

水下激光焊自动修复技术是一种焊接创新技术，其是一种具有极强综合性的技术，综合激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术以及产品创新设计。人们尚没有完全对水下激光焊自动修复技术的应用范围与焊接能力充分认识，还需要科技工作人员不断研究与探索。相信水下激光焊自动修复技术在不久的将来不但出现在更多的加工领域，还会在这些领域成为加工主流技术。

[1]陆斌锋,芦凤桂.激光焊接工艺的现状与进展.焊接，2008（04）.

[2]张文举.浅析激光焊接技术的工艺与方法.黑龙江科技信息，2011（02）.