深度好文：万字解读万瓦级激光焊接

激光以其高能量集中度、高效能和高精度制造能力，被誉为21世纪环保制造技术。与传统的焊接工艺相比，激光焊接技术因其低填充需求、高焊接 效率、较小的焊接变形与残余应力以及更优的材料性能在焊接领域得到广泛应用。随着我国在核能、 海洋开发和船只建造等方面的快速进展，激光焊接技术日益被用于高性能部件的生产。 

为了满足工程对超熔深焊缝的需求，开发并应用了万瓦级别的激光设备。与千瓦级激光器相比， 万瓦激光器超高功率密度（激光束功率密度可达1× 107 ~1×108  W/cm2 ）可获得具有更大深宽比特征的焊缝，同时也降低了成本，并适用于更多的应用环 境。万瓦级激光焊接的方法主要有激光自熔焊、 真空激光焊、激光电弧-复合焊和激光-埋弧耦合焊接等。本文通过对万瓦级激光焊接相关技术特点、 熔池行为特征、羽辉物理特性、焊接缺陷的抑制以及焊接工艺的开发应用进行了归纳总结，内容框架 如图1所示。

图1　框架图

使用万瓦级激光进行的自熔焊接，采用深度熔化方式，不仅能量密度高、焊接速度快和热影响区较窄等，也面临着羽辉不稳定、易产生大量飞溅和对工件加工精度要求高等挑战。为了解决这些问题，国内外研究人员对万瓦级激光自熔焊接的技术特性、稳定性和缺陷控制进行了广泛的研究。

1.1 万瓦级激光自熔焊焊缝成形的研究现状 

万瓦级激光自熔焊最先使用的是CO2激光器， 然后逐步广泛使用光纤激光器。本节将从国内外万瓦级激光自熔焊的工艺研究，以及不同工艺参数的改变对万瓦级激光自熔焊焊缝质量（包括焊缝成形和焊缝熔深）的影响进行总结阐述。自 20 世纪 90 年代起，先进国家便开始探索重型金属板焊接技术，采用具有极高功率的CO2激光器进行研究。Becker等人针对10~35 mm不同规格的316不锈钢，采用45 kW CO2激光焊，并对焊后接头进行无损检测、微观结构观察和力学特性评估。研究发现，焊缝内部的气孔对其性能造成负面影响，且随材质厚度的增加，气孔数量也随之增加。Ono和团队采用25 kW CO2激光器也进行了相似的试验研究。国内吴世凯等人使用20 kW的SR200型CO2激光器成功进行了 12 mm 厚度 1Cr18Ni9Ti 不锈钢的自熔焊接，焊接接头在微观组织和力学性能上均表现出色，完全达到了应用标准 。

图2 70 mm S355不锈钢焊缝形貌

国内研究人员对万瓦级光纤激光焊技术也进行了实践性研究。当激光功率达到15 kW，湖南大学陈根余团队采用横向焊接配合多角度吹气技巧， 在 0.6 m/min 速度下成功实现了 18 mm 厚度 304 不锈钢的单面焊双面成形。信纪军 采用 20 kW 光纤激光器实现了20 mm厚度的304不锈钢焊接全穿透，焊缝表面外观如图3所示。

图3 20 mm不锈钢焊缝上下表面形貌（P=20 kW）

万瓦级激光自熔焊接工艺相对简单，影响焊缝成形的因素有：激光功率、焊接速度、光斑尺寸、离焦量等。美国联合技术研究中心Bans和德国IPG 公司Grupp等人对厚壁构件使用激光自熔焊技术进行了研究，观察到单次激光自熔焊的最大熔深与激光功率之间呈现出近乎指数级的增长关系，同时发现随着焊接速度的提升，熔透深度显著下降，如图4所示，金属板材的最大一次焊透厚度主要由激光输出功率决定。

图4　激光功率对熔深的影响规律

Grupp采用 30 kW 光纤激光器对 32 mm 厚 X70不锈钢板进行焊接，图5a呈现出激光功率和焊接速度如何作用于焊缝。在相同的焊接速度下，随着激光功率由10 kW增加到30 kW，熔深显著增加。如图5b所示，在30 kW、0.6 m/min条件下，单层焊缝能够实现32 mm厚X70不锈钢板的完全熔透。

（a）不同激光功率下焊接速度对熔深的影响

（b）焊缝横截面成形

图5 30 kW光纤激光器（YLR 30000）焊接性能

Kawahito 等人采用 10 kW 光纤激光器对 20 mm厚304不锈钢板进行焊接试验，探究了光斑尺寸与焊接速度对焊缝形态的影响。结果显示，最大熔深可达18.2 mm，如图6所示。这一结果凸显了在焊接过程中适当调整焊接速度和光斑尺寸对于精确控制焊缝深度的重要性。

图6　光纤激光焊接不锈钢厚板与焊接质量的关系

Zhang等人采用10 kW光纤激光焊接30 mm 厚316L不锈钢板，为了提高熔透深度，设计了一种如图7所示的气体喷射辅助装置。该装置能够扩大匙孔口径，同时减少等离子体对能量传递的阻碍， 有效减小熔池宽度，并增加匙孔面积，使得单层焊接的最大熔透深度从 18.2 mm 增大到 24.5 mm，显著提高了焊接效率和质量。

图7　焊接过程气体喷射辅助装置示意

湖南大学的张明军为了探究万瓦级光纤激光深熔焊接厚板工艺参数对焊缝成形的影响规律， 采用 10 kW 光纤激光器焊接 12 mm 厚 304 不锈钢板。该团队通过调整工艺参数（见图8），分析了离 焦量及不同保护气体类型对焊接成形的影响规律。结果表明，在负离焦量条件下，焊缝质量更优，熔透程度更符合理想标准。在无保护气体的环境中，焊接过程中容易受到干扰，导致焊缝出现弯曲和飞溅。相比之下，使用氩气（Ar）或氮气（N2 ）作为保护气体，焊接过程更加稳定，焊缝成形均匀且光滑。此外，通过观察焊缝的横截面可知，使用N2或Ar气 保护下的焊缝呈现为显著的“钉子头”形态，而在缺乏保护气体的条件下，这种特征则不太明显。 

Somonov等人采用15 kW光纤激光器进行 20 mm厚S355钢板的焊接，分析焊接区域周围表面粗糙度对超高功率激光焊接焊缝形貌及其穿透能力的影响。研究发现，焊缝周围的表面粗糙度与焊接穿透深度有着紧密的关系，在激光功率保持恒定的前提下，表面粗糙度为6.3 μm时能使焊接穿透深度最大化，如图9所示。 

Bergström 等人同样探讨了万瓦级光纤激光焊接中对接接头边缘的表面粗糙度如何影响焊缝的形成与熔透深度。结果显示，增加表面粗糙度增大了对接焊缝间隙，减少了材料的气化蒸发量， 从而降低了影响激光能量传递的金属蒸气和等离子体数量。但当表面粗糙度Ra>8 μm时，焊缝间较大的空隙会使激光更深入焊接区域内部，降低匙孔效应的稳定性，影响熔池深度和焊缝质量。

图8　不同离焦量和保护气体种类对焊缝成形的影响规律

1.2 万瓦级激光自熔焊缺陷的研究现状 

在万瓦级激光自熔焊过程中，大量等离子体以羽辉形式从匙孔喷出，这严重干扰了激光能量的有效传递。此外，激光能量传递的不连续性进一步加剧了匙孔及熔池流动的不稳定性，对整个焊接过程产生负面影响。本节主要阐述缺陷的产生机理以及国内外研究者在万瓦级激光自熔焊实验研究中所发现的各类缺陷。

1.2.1 气孔和飞溅 

Matsunawa等人为了研究高功率激光深熔 焊接中气孔的形成原因，采用X光成像技术和高速视频捕捉技术对焊接过程中匙孔与熔池的实时变化进行分析，试验设备布局如图10所示。研究结果 表明，在万瓦级激光焊接过程中，熔池的剧烈波动会干扰匙孔对激光能的吸收，这是产生大量飞溅和气孔的关键因素。

图10　微距X射线透射实时成像系统

为了深入了解万瓦级激光焊接时熔池和匙孔的动态变化及其气 孔生成的原理 ，Kobayashi 等人运用X光成像技术进行了实时观察，焊接过程中气孔生成机制如图11所示。在激光焊接过程中， 液态金属从匙孔的前下方向上流动，当流经匙孔底部时流动变得特别剧烈，这种剧烈的流动导致匙孔底部容易形成气孔，而这些气孔很难被排除。 

张明军等人利用高速摄影技术对激光深熔焊接过程中的物理现象进行了研究，包括金属蒸气、等离子体、小孔以及熔池流动等，并对万瓦级激光焊接引发飞溅现象的成因进行了分析。如图12 所示，飞溅主要是由小孔边缘熔池过热蒸发造成的。在反压力与金属蒸气/等离子体高速喷射产生的剪力共同作用下，熔化的金属被推向熔池表面， 形成凸起。金属蒸气/等离子体的持续冲击和剪切力使得熔化金属的动力超过了其表面张力，从而导致金属从熔池中飞溅出来。Kawahito及其团队在观察万瓦级光纤激光焊接过程中的熔池表面和飞溅现象时，也得出了类似的观察结果，分析表明，飞溅主要是由于蒸气流的强大剪切力将小孔附近 的熔池金属推出。

图11　气孔形成机理

图12　飞溅产生机理

Kaplan等人对万瓦级高功率光纤激光焊接厚板产生的飞溅特征进行了深入分析，研究发现在不同的焊接参数下，飞溅可分为 4 种不同的类型：（1）产生在小孔两侧边缘的飞溅；（2）小孔后方垂直液柱破碎形成的飞溅；（3）小孔后方倾斜液柱破碎 形成飞溅；（4）偶尔出现在小孔前沿的小颗粒飞溅， 如图13a所示。研究者还对飞溅产生的机理进行了探讨，描述了飞溅的产生过程：前沿局部材料气化；金属溶液在气化反冲力作用下被加速；熔液被迫流向熔池后沿；流动的熔液聚集在表面；当聚集的熔 液具有足够大的向上加速度可克服表面张力的束缚时，就会形成液柱或飞溅，如图13b所示。由此可知，飞溅的形成不仅与孔外喷出的蒸气流产生的剪切力有关，还与孔内的气流状态及熔池流动相关。图13c、13d为焊接过程产生的飞溅。

　（a）不同飞溅形式　　　　　　 （b）飞溅形成

（c）飞溅 

图13　万瓦级激光自熔焊形成的飞溅

1.2.2 裂纹、塌陷和驼峰 

大阪大学Matsuda以及德国联邦大学Antoni  Artinov发现高功率激光自熔焊接厚板时形成的深窄焊缝中产生了凝固裂纹，这些裂纹均为处于焊缝中心的纵向裂纹（沿熔深方向裂纹），如图14a所示。赵琳在进行 10 kW 光纤激光焊接时也观察到类似的纵向凝固裂纹现象。在使用高功率光纤激光对厚板材料进行完全熔透焊接的过程中，常会遇到塌陷和底部凸起的缺陷，如图14b所示，并且这些缺陷通常按一定的周期性规律出现。张明军在研究中发现，小孔前沿壁的流体区域局部蒸发引起的熔融金属快速下流是导致焊缝塌陷和底部凸起的主要原因。 

1.3 万瓦级激光自熔焊等离子体的研究现状 

在万瓦级激光自熔焊接过程中，高的激光功率密度与大能量的输入会产生更多的金属蒸汽和更细小的气孔，这些气孔内部压力波动剧烈，熔池的流动性也极不稳定。因此，金属蒸气与熔池表现出更加复杂和多变的形态，其作用机制尚需进一步的科学研究与阐明。 

Kawahito利用高速摄像和X射线成像技术对高功率激光焊接过程中不锈钢和铝合金的匙孔效应进行了深入探讨和分析。结果表明，在较低的焊接速度下，金属对激光能量的吸收增强；但是当焊 接速度提高时，部分激光能量未能有效穿透孔洞， 从而降低了金属对激光能量的吸收效率。为了探究激光与羽辉（等离子体与金属蒸汽的混合物）的互动，Katayama及其团队使用了如图15所示的设备进行试验，同时监测了探头光纤激光器的数据和羽辉的活动。研究发现，等离子体与金属蒸汽的密度变化会影响激光的传播路径。

（a）凝固裂纹

（b）表面塌陷和底部驼峰 

图14　万瓦级激光自熔焊中的裂纹、塌陷和驼峰缺陷

张明军发现，通过合理调节负离焦量、焊接速率和保护气体流量，可以稳定地促进金属气化/等离子体、匙孔和熔池之间的高效连接。陈根余团队设计了一套设备来观察万瓦级光纤激光深熔 焊接过程中匙孔内外的等离子体属性，如图16、图 17 所示。试验采用 10 kW 光纤激光焊接 12 mm 厚 304不锈钢板，发现匙孔内部的等离子体分布并不均匀，且匙孔外的等离子体体积明显小于金属蒸发 产生的体积。研究还表明，匙孔中的等离子体分布 并不是均匀充满的，而是在孔的不同深度处以随机的方式散布；与金属蒸气相比，匙孔外的等离子体体积明显较小，说明在光纤激光焊接过程中只有一 小部分金属蒸气发生了电离。

图15　万瓦级激光焊接羽辉观察

图16　万瓦级激光焊接匙孔内等离子体观察装置和拍摄结果

图17　万瓦级激光焊接匙孔外等离子体观察装置和拍摄结果

图18　不同辅助气体流速下的等离子体光谱信号

王春明等利用光谱分析研究了辅助气体对激光焊接等离子体和激光能量传输的影响，如图18 所示。研究结果显示，随着辅助气体流速的增加， 信号的强度减弱，并且信号的分布也会发生改变。通过使用辅助气体可以有效抑制等离子体的生成， 从而提高激光的传输效率和焊接的熔透深度。 

随着超高功率光纤激光器的发展，万瓦级激光自熔焊研究应用越来越广泛，但万瓦级激光自熔焊接仍存在一系列问题，如：操作的灵活性受到极大限制；极高的能量集中度可能导致材料快速蒸发， 产生浓密的羽辉效应，而在焊接过程中，熔池的剧烈动荡可能会引起大量飞溅，导致气孔、塌陷等缺陷，这些都对焊缝的机械性能造成不利影响。 

在真空条件下进行的激光焊接，可以显著增强焊缝的熔透深度，改善焊接成形质量，并减少焊接过程中气孔的产生，从而提升焊缝的整体性能。其三大突出特性包括深熔透、低羽辉效应和高品质成形。针对这些特性，众多学者展开了研究工作。

2.1 万瓦级真空激光焊接焊缝成形和熔深 

真空激光焊接技术的研究最早可追溯至 1985 年，这一领域的研究工作旨在通过实验确定合适的工艺参数，以提升焊缝质量和熔深。 

为了获得与真空电子束焊接相同的熔深，大阪大学 Arata 等人首次设计了真空激光焊接试验， 不同压力、不同速度下304不锈钢圆盘激光焊接头表面和截面如图19所示。研究表明，在真空环境下进行激光焊接可以显著减少等离子体羽辉现象，提高焊接深度。当环境压力减小后，激光束被等离子体羽辉严重遮挡的问题得到了有效缓解，使得通过减慢焊接速度来提高焊接质量成为可能，最终在 10-1  Pa环境压力下，采用激光功率11 kW、焊接速度 10 cm/min成功获得了40 mm的熔深，如图20所示。该团队在2001年开始采用YAG固体激光器进行真空激光焊接相关试验 ，并在之后几年内相继开展了不同材料的焊接研究工作。

德国亚琛工业大学焊接研究所的Reisgen在相同的焊接热输入条件下（16 kW，0.3 m/min），比较了不同焊接技术S690QL的80 mm厚板所获接头横截面效果。如图21a所示，真空激光焊接与常规大气条件下的激光焊接在熔深和焊缝外形上有显著差异，真空激光焊接的焊穿效果和焊缝成形与真空电子束焊接非常相似。由图21b可知，真空激光焊接方法能显著增强工艺的稳定性，实现高品质的焊接效果，有效避免羽流现象，减少材料沸点，从而提升穿透率。

图19　不同压力、速度下304不锈钢激光焊接头表面和截面

图20　压力对不同焊接速度下焊缝熔深的影响

（上—激光焊接；中—真空焊接；下—电子束焊） 

（a）相同热输入下不同焊接方法的焊缝横截面

（b）大气环境和0.1 kPa低真空环境下的焊缝截面 

图21 16 kW激光功率和不同焊接速度下熔深

国内学者对万瓦级真空激光焊接在提高焊缝质量和增大熔深方面也进行了相关研究。黄瑞生等人研究8 mm厚Ti6Al4V合金在稀薄气压环境中（5 Pa低压条件）使用不同激光焊接参数时的焊缝外观特性，并探讨了激光功率及焦距偏移对焊接质量的影响。研究发现，焊接深度随着激光功率的提升呈现出近乎线性的上升趋势，且没有出现在常规气压环境下高功率激光焊接常见的缺陷，如图22所 示。在低压条件下，焦距的调整对焊缝成形也至关重要。当离焦量在-50~0 mm 范围变化时，焊缝表面平滑且均一，如图23所示，随着离焦量的增加，焊缝宽度有所上升，而熔深则是先增长后减小，当离焦量达到-20 mm时，熔深达到峰值27.9 mm。

图22　不同激光输出功率的焊缝表面成形和熔深 （离焦量-50 mm）

图23　不同离焦量的焊缝表面和熔深（激光功率10 kW）

哈尔滨工业大学王继明等人采用三种不同 的激光功率 10 kW、20 kW 和 30 kW，并在真空度 2.5×104  Pa~10 Pa变化范围内进行5A06铝合金厚板平板堆焊试验。结果表明，在不同激光功率下，当真空度分别为2.5×104  Pa、104  Pa和103  Pa时，焊缝表面呈凹凸不平状，焊缝成形不良、不均匀且不整齐；当真空度为102  Pa时，焊缝外观明显改善，表面起伏减小，焊缝光滑无飞溅。当真空度为10 Pa时，焊缝形貌进一步改善，变得更加连续均匀。如图 24 所示，这表明随着真空度的增加，焊缝成形逐渐优化。如图25所示，在激光功率超过10 kW的情况下，焊接熔透深度随着真空度下降先增加后逐渐稳定。 

2.2 万瓦级真空激光焊接羽辉以及缺陷抑制 

万瓦级真空激光焊接技术对焊接质量的提升主要反映在羽辉特性及匙孔熔池的动态变化上。

图24　真空度和激光功率对焊缝表面成形的影响

图25　真空度和激光功率对焊缝熔深的影响

在真空环境下羽辉的大小及亮度显著减小且表现出更高的稳定性。真空度的提升对焊缝缺陷如飞溅和气孔有明显的抑制作用。因此，通过调整真空度可以明显抑制缺陷的发生。 

Katayama在 2011 年利用高速摄影技术捕捉到焊接时的羽辉，如图26所示，当真空度增加时，羽辉现象明显减弱，同时飞溅也相应减少。 

德国科学家 Youhei 及其团队深入研究了多种金属的真空激光焊，通过观察焊接熔池的流动特性及匙孔形态，提出了真空激光焊接技术能够有效保持匙孔稳定性的理论。李俐群等对该技术的最佳真空度进行探讨，发现随着真空度的增加，A5083 焊缝内的气孔率显著降低。当真空度高于 10 Pa时，焊缝中无气孔存在，如图27所示。

图26　真空度对羽辉形态的影响

图27　不同真空度下的焊缝气孔

陈彦宾等人采用工业CT测量了在不同真空 环境下铝合金焊缝的气孔分布和大小，如图 28 所示。发现随着真空度的提高，铝合金焊点中的气孔数量及其体积显著减少，在工艺控制下气孔数量减少更为显著。 

上海交通大学罗燕等人采用一侧透明玻璃 直接观察了真空焊接过程中小孔内壁的动态行为， 如图29所示，观察到随着环境压力的降低，激光加热导致匙孔前部蒸发作用减弱。这种蒸汽在空气中的激光焊接过程会对匙孔后侧产生不稳定的局部压力，导致波动，最终影响到匙孔内部的稳定性。当环境压力升至10 kPa以下时，这种现象会逐步消失，确保了焊接过程中匙孔稳定，并进一步避免了气孔缺陷的形成。

激光-电弧复合焊接技术融合了两种热源，实现了超越单一焊接技术的“1+1>2”的效果。该技术的特点包括焊接过程极其稳定、适应性强、桥接能力好、填充效率高等优势 。利用输出万瓦级别功率的激光器，可以实现极高的功率密度，进而提高激光打孔的效果，并显著增强焊缝的深宽比。与传统激光自熔焊接相比，激光-电弧复合焊接技术在适应不同工作环境的能力上更胜一筹，其应用范围也更加广泛。本章节阐述了国内外在万瓦级激光- 电弧复合焊单面焊双面成形的典型研究。

图28　不同真空度下焊缝气孔分布的三维重建图

图29　多种环境压力下焊接过程中匙孔动态形貌照片

Turichin等人运用高能量光纤激光技术实 现了14 mm厚X80管线钢单道焊双面成形，还实现 了14 mm X80管线钢对接及T形接头单面焊接双面 成形。Ömer Üstündağ等人建立了电磁熔池支撑系统，采用 20 kW 激光功率进行激光-电弧复合焊接试验。研究结果显示，电磁熔池支撑技术能够有效地稳定熔池，防止熔融金属滴落，并成功实现了 20 mm、25 mm、28 mm 船用 S355J2 低合金钢以及 20 mm X20 管线钢单面焊接双面成形，如图 30 所示。这些研究成果为激光-电弧复合焊接技术在船舶和管线制造等领域的应用提供了技术支持。

图30　基于交流振荡电磁系统的激光-GMAW 复合焊接

Mizutani等人采用激光-电弧复合焊，激光功 率16 kW，结合背衬技术和金属丝切割填充法填补焊缝间隙，对25 mm厚SM490A结构钢板实现了单面焊双面成形，并且采用双面单道焊接方法实现了 50 mm厚板的焊接，且焊接接头机械性能优异。试验装置和部分焊缝截面如图31所示。 

德国不莱梅激光研究所Vollersen等对激光- 电弧复合焊接装配间隙进行研究，在20 kW激光功 率作用下，16 mm厚X65板材实现一次性焊接穿透， 并且实现2 mm的边缘偏差及0.35 mm的装配缝隙， 这表明激光-电弧复合焊技术拥有出色的缝隙连接性能。挪威科技大学Bunaziv等人使用15 kW激 光功率对 45 mm 非商业 HSLA 钢，进行激光-电弧复合焊接，结果表明，在低温（-50 ℃）下，熔合线高， 焊缝金属韧性好。国内探究万瓦级光纤激光电弧复合焊的实例寥寥。沈阳工业大学井志成等人采用 10 kW 光纤激光器进行激光-电弧复合焊接， 一次性焊接穿透18 mm厚的EH36船舶用高强度钢材，并对焊缝接头的机械性能进行了评估。黄瑞生 等人使用30 kW光纤激光器，利用高速摄影技术观察高功率激光-MAG 复合焊接过程中羽辉和飞溅的形态，研究表明，当激光功率达到万瓦级别时， 羽辉与飞溅现象明显增多，对焊接的稳定性带来了不利影响。蒋宝等人使用 30 kW 光纤激光器对 30 mm Q235B低碳钢进行平板堆焊试验，采用激光 引导电弧技术并增加电弧输出功率的方式，可以显著改善焊缝表面形态。王志鹏等通过对 25 mm 厚的Q355C低合金高强度钢进行平板堆焊实验，探究了焊接参数对焊缝的成形和熔池形貌的影响，实现了 25 mm 厚 Q355C 低合金高强度钢的平板对接单面焊双面成形。哈尔滨焊接研究所团队利用万瓦级激光-电弧复合焊成功用于大型船板焊接。

（a）试验装置

（b）焊缝形貌

图31　试验装置及接头横截面宏观图像

相较于传统电弧焊接，万瓦级激光-电弧复合焊接具有连接效率高、大深宽比和桥接能力好等优势。然而，在进行中厚板激光-电弧复合焊接时接头仍会存在接头成形不良、气孔飞溅等问题，难以满足不断提高的成形和服役要求。

在万瓦级激光-电弧复合焊中，当熔深≥12 mm 时，焊缝根部易出现气孔，如图32所示。随着激光功率的增大，气孔倾向增大。基于万瓦级激光电弧复合焊气孔以及缺陷等问题目前仍未解决，为了克服万瓦级激光电弧复合焊工艺在深焊缝区气孔率方面的局限性，德国亚琛工业大学 Reisgen 等提出激光-埋弧复合焊接方法，在高功率激光焊接的基础上引入埋弧焊，延长熔池凝固时间，从而达到降低焊缝气孔率的目的。激光-埋弧复合焊示意如 图33所示。

图32　万瓦级激光-GMA复合焊

图33　激光-埋弧复合焊

Reisgen等人于 2012 年采用20 kW级 CO2激 光器也开展了激光-埋弧复合焊接气孔率实验，通过与激光-GMA对比如图34所示，激光-埋弧复合焊显著降低焊缝气孔率。该团队又开展了35 mm厚的X65（L460MB）钢激光-埋弧复合焊接工艺试验，与传统埋弧焊相比焊接效率显著提升；焊接接头形貌如图35所示，焊接接头变形小、焊缝气孔率低、焊缝成形良好。并对焊接接头进行力学性能测试，结果表明，焊接接头的平均抗拉强度与母材相当。

图34　焊缝气孔率对比

图35　激光-埋弧复合焊接头形貌

Reisgen 等人于 2020 年又开展了激光-埋弧复合焊单面焊双面成形工艺，引入圆形摆动激光技术 预实现 22 mm 厚单面焊双面成形技术，但并未成功，在添加衬垫的前提下实现22 mm厚一次焊接成形，如图36所示。

（a）未加衬垫　　　　　　　　（b）加衬垫 

图36　激光-埋弧复合焊焊缝截面

（1）万瓦级激光自熔焊具有高激光能量密度、 高焊接速度、焊接热影响区较窄等优势，但当激光功率超过10 kW时，在大气环境下，工艺窗口很窄，羽辉波动大，易形成飞溅，很难获得良好的接头。 

（2）万瓦级真空激光焊接可以显著增加焊缝熔深，提高焊缝成形质量并且能够抑制焊接过程中的气孔缺陷，提高焊缝的性能的优势。

（3）万瓦级激光-电弧复合焊接具有连接效率高、桥接能力好、工况适应性强、易实现单面焊双面成形，工程应用范围广等优势。万瓦级激光-埋弧耦合焊接正处于起步阶段，目前实验表明，激光-埋 弧耦合焊接具有进一步的研究价值。

综上所述，万瓦级高效激光焊接由于其高质量、高效率、大熔深的优势逐步成为前沿的焊接方向。在各国工作者的研究下，万瓦级高效激光焊接技术研究已经取得了一定的成果并实现了部分工 业应用，高效复合焊接技术、高新焊接技术是未来核电、船舶、压力容器等行业焊接技术的发展趋势。但是对中厚板以及大厚板高功率激光焊接气孔缺陷控制以及单面焊双面成形仍需深入研究，解决核电、压力容器、新能源储氢装置、船舶等中厚板高 效、高质量焊接应用需求。