激光，既是每一个科幻迷的浪漫

也是最有前景的先进焊接方法之一

激光焊接概念图

(资料图片仅供参考)

公司工艺研发中心就有一台3千瓦的二氧化碳激光焊接设备与一台5千瓦的光纤激光焊接系统。近5年来，这两台激光焊接系统可谓身经百战，完成了大型焊接产品数百件，为型号提供了重要的技术支撑。 为了让它们的性能更上一层楼，工艺研发中心的员工们付出了大量心血，让激光“摆”起来就是一项重要的优化措施。

大厦上的“乌云”

据说19世纪的物理学家开尔文曾半开玩笑地说道：“现在，物理学的大厦已经完成，只剩几朵‘小乌云’还飘在空中。”当时的他没有想到，这两朵看似简单的“小乌云”，就是引得无数物理学家竞折腰的“量子力学”和“相对论”。能建成大厦固然伟大，然而吃透大厦顶上的“小乌云”同样需要付出无数的努力。

“其实我没说过”——开尔文

2021年2月中旬伊始，在王福德专家的带领下，公司开始进行喷管类产品的激光焊接攻关，他曾特意在首台产品焊接研制前的大会上说：“你们放下包袱，第一次焊接产品有局部质量问题，是可以接受的，后续可以吸取经验，不断完善！”通过几轮试验，工艺研发中心优化了满足熔深、熔宽要求的激光焊接参数，开展间隙、错边等条件下的焊接适应性研究，基本宣告掌握了薄壁管束激光焊接工艺。

尽管双工位机器人快速准确地实现了喷管激光焊接，但如果将目光由宏观变成微观，投向最细小的焊缝底片连接处，就会发现笼罩在大厦上的“小乌云”——焊缝气孔。

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焊缝气孔示意图

气泡是液体与气体混合的产物，也是密集气孔出现的成因。激光将合金短暂熔化为高热的液态，此时焊接过程中产生的气体来不及从液态熔池中逸出，就会在凝固的金属中安家，变成一个个肉眼难见的零点几毫米小孔。

这些小气孔的存在是一种隐患。激光焊接的主要材料是钛合金、高温合金、不锈钢等，它们焊接厚度仅有1到4毫米左右，若出现超标气孔，就会有损失连接强度的风险。除了焊缝气孔问题，还经常要面对间隙条件下的激光焊接，而有些焊前零件不能返工修配对接面，一旦装配精度达不到要求，就需要在间隙里人工填丝“打补丁”，造成工序繁杂，焊接质量也要打折扣。

激光填丝焊示意图

质量问题再微小，不归零就永远存在，工艺研发中心的员工们开始寻找解决方案。

激光“摇摇头” 把“乌云”赶走

激光焊接目前主要承担着各型号发动机型号的头部、大型锥筒段多道纵缝的拼焊等。这些产品对焊缝标准的要求极高，必须是I级焊缝，要求数米长的焊缝不存在超标气孔。要满足这个要求，工艺研发中心做了大量的考察，最终在航空领域找到答案——激光摆动焊接。

使用者描述这种焊接方法：“原理简单来说，就是激光的摆动可以起到对焊接熔池提供一个搅拌力的作用，加大了焊接熔池的对流与搅拌，增加了单位面积输入热，帮助气泡的浮出，消除焊缝气孔。”

激光摆动焊示意图

工艺研发中心为光纤激光焊设备装配上振镜摆动激光头，在焊接过程中，使熔池往复摆动。在测试过程中，实验人员惊喜地发现，通过设定合适的摆动参数，当激光束“摇起头”后，装配间隙的适应范围增加数倍，由无摆动的0.2毫米以内增加到了0.8毫米左右。

但这份惊喜没有持续太久，测试者失望地发现，激光焊缝底片上的气孔不减反增，甚至比采用摇摆焊之前更大。望着照片里那几个丑陋又刺眼的“弹坑”，工艺研发中心的员工们开始了新的战斗。

攻关人员总结说：“经过反复试验，我们发现是离焦量的设定不合理。”

产品的主要为材料钛合金、高温合金、不锈钢等，它们对于温度极为敏感，随着激光光斑的摆动，焊接头与材料间的距离也会产生微妙的变化，光斑的聚焦点与材料焊接表面的间距就是“离焦量”。每一种材料合适的“离焦量”均不相同，为了做好调整，工艺研发中心的员工需要以0.2毫米为单位的精确程度，不断调整焊接头与材料的距离，摸索最适宜的参数。

功夫不负有心人，经优化参数后，他们找到了多种材料合理的离焦量，并逐步积累经验。这些运用了该类技术的焊缝底片,气孔数量和大小都明显减少，最终达到Ⅰ级焊缝要求。

躺在过去的功劳簿上，终究一事无成。自2021年5月31日，以工艺研发中心为首的多家单位在王福德专家的带领下，首次实现某氢氧发动机管束式喷管激光焊接以来，公司对于激光焊接的提质优化从未停止。

未来，公司还将继续在激光焊接领域更进一步，让激光电子束穿透“乌云”，把焊接的“大厦”映照得更加光彩照人。

文字：谢博宇 图片来自网络 编辑：谢博宇

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