在船舶与海洋工程领域，大型中厚板结构件（如甲板、舱壁、双层底分段等）的焊接质量直接影响船舶的安全性、耐久性和建造效率。激光焊接技术凭借其高精度、低热影响区（HAZ）和高效熔敷等优势，逐渐成为行业技术升级的核心方向。
一、技术背景与行业需求
1、船舶中厚板焊接的挑战
船舶中厚板（厚度4.5-50mm）需满足高强度、耐腐蚀性及复杂工况适应性等要求，传统焊接工艺面临以下痛点：
-
热输入集中：导致焊接变形和残余应力，需多次矫正，增加工时成本。
-
装配精度要求高：激光焊接对间隙敏感，传统工艺需开设大坡口（如I型坡口），材料浪费显著。
-
效率瓶颈：单激光焊接穿透能力有限（通常≤8mm），厚板需多层多道焊接，效率低下。
2、激光焊接技术的突破方向
激光焊接通过能量密度集中（>10^6 W/cm²）实现深熔焊，结合复合工艺（如激光-TIG、激光-MAG）可显著提升适应性：
-
复合焊接技术：通过激光与电弧的协同作用，平衡熔深与热输入，减少变形。
-
热丝辅助系统：预热填充焊丝，提升熔敷效率，适用于厚板单面焊双面成型。
-
多激光束集成：德国汉诺威激光研究中心开发的3激光束系统，可穿透30mm厚板，结合数字孪生技术实现过程监控。
二、激光焊接集成方案的核心设计
1、工艺流程优化
（1）坡口设计与预处理
-
坡口形式：采用窄坡口（如V型坡口角度60°-75°），减少填充金属量，降低热输入。
-
装配间隙控制：通过激光视觉跟踪系统（如TH6D传感器）实时监测间隙，确保≤2mm，避免未熔合缺陷。
（2）复合焊接参数配置
-
激光功率与热丝电流：激光功率2700-3000W，热丝电流80-120A，预热时间12分钟，实现6-12mm板材单面焊双面成型。
-
摆动策略：根据焊丝直径（0.8-2mm）调整激光摆动宽度（2-4mm）及频率（>200Hz），优化熔池稳定性。
2、设备选型与集成
（1）核心设备配置
-
激光器：连续光纤激光器（功率≥3kW），支持高速扫描与多模式输出。
-
复合焊枪：集成振镜激光焊枪与TIG焊枪，确保光-电弧-焊丝同轴耦合，提升熔敷效率9倍以上。
-
自动化系统：机器人搭载水冷焊枪（如ROBO WH W500），配合蛇形枪颈设计，适应狭窄空间焊接。
（2）辅助系统集成
-
质量监控模块：采用激光焊缝跟踪传感器（TH6i）与红外热像仪，实时检测焊缝宽度、熔深及变形。
-
清枪与除尘装置：集成TCS清枪工作站与FEC除烟系统，减少停机时间，保障作业环境安全。
三、技术优势与经济效益
1、性能提升
效率突破：激光复合焊速度达30-40mm/s（传统TIG焊的9倍），厚板焊接周期缩短40%。
质量保障：焊缝熔深比达1:5，热影响区宽度减少50%，抗疲劳性能提升30%。
2、成本控制
材料节约：窄坡口设计减少填充金属用量20%-30%，年节省成本超百万（以单船5000吨钢材计）。
能耗优化：激光能量转换效率达30%-40%，较传统电弧焊降低50%能耗。
3、环保效益
低烟尘排放：激光焊接烟尘量减少60%，配合FEC除烟装置实现达标排放。
四、应用案例
1、船厂分段建造项目
场景：12mm厚DH36钢板拼板焊接。
方案：采用激光-MAG复合焊，配合ABIMIG03 A T LW焊枪，实现4m长焊缝一次成型。
成果：焊接速度35mm/s，变形量<0.5mm，探伤合格率99.2%。
2、海洋平台立柱焊接
场景：30mm厚不锈钢管对接，需避免晶间腐蚀。
方案：多激光束（3×3kW）叠加焊接，结合数字孪生预测热场分布。
成果：熔深达28mm，无未熔合缺陷，交付周期缩短25%。
激光焊接集成方案通过工艺创新与设备协同，为船舶与海洋工程中厚板焊接提供了高效、低耗、高质的解决方案。随着智能化与绿色制造技术的深度融合，该方案将进一步推动行业向高端化、智能化转型，助力中国船舶工业在全球竞争中占据技术制高点。
