船舶制造业：激光加工替代传统，进入“光制造”时代

2021 年全国造船完工 3970.3 万载重吨，同比增长 3.0%。承接新船订单6706.8万载重吨，同比增长 131.8%。截至2021年12月底，手持船舶订单 9583.9万载重吨，比2020 年底手持订单量增长 34.8%。

据ResearchAndMarkets.com预测，至2025年全球造船市场将达到1866亿美元。随着船舶行业需求逐步增加，船舶制造业迎来蓬勃发展。日益激烈的竞争带动市场对船舶智能制造工序、造船材料安全性、可靠性及质量等要求的提升。激光加工金属被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”，因其高精度、高效率等的特点，其技术应用已经在造船业智能制造过程中占据中流砥柱的位置。

1、激光切割应用

钢材是船舶制造领域常见的材料，船用钢材不可避免地会根据船体的设计进行切割。但造船板材切割工艺要求较高，板材切割中出现的细微歪斜、毛刺等问题，都可能会导致整船事故。当前在船舶制造工艺中，主要的切割加工工艺方式包括火焰切割、等离子切割、剪切加工以及激光切割。其中火焰切割常被应用于厚板切割，仅局限于碳钢板，对于4mm以下的板材无法进行精密切割，且切割效率较低；等离子切割适用于所有金属板材切割，但又存在运行成本较高、易挂渣、薄板切割时变形较大等问题。因此，在切割中具有对原料无影响、精度高、安全系数高的激光切割机应用逐步广泛。

不同切割方式对比

20kW氮气切割14mm E36合金板材，要求无毛刺、无挂渣、断面垂直，作为船舶板材焊接前处理

备注：氧气切割可做到光滑，但热影响区大，甚至会有氧化皮。焊接成型会产生气泡、裂缝等问题。

2、激光焊接应用

在船舶制造领域，由于板材制造工序对焊接质量要求较高，且焊缝检测的指标多；要通过诸多严苛的检测项，传统的弧焊、埋弧焊等方式存在一定的局限性，激光焊接则优势明显。

当前，欧美国家已经在游轮、滚装船和特种船等民用船舶的智能制造过程大量采用激光焊接技术。下图展示了激光复合焊接板生产线、加强筋板生产线、滚装船和特种船钢板平面对接生产线，从船体甲板焊接图中我们可以明显看到长边和短边的连接焊接。

激光焊接的应用不仅使船舶制造技术有了新的突破，还一定程度地促进了船体结构设计的改观。另外，激光焊接可以将板材灵活组成各个模块化舱室的建造材料，大幅度缩短船体建造时间。在民用船舶制造中，厚度为3~12mm的中薄板，主要用于甲板、船舱墙壁/隔板、客舱墙壁和楼梯基座的加工制造。15mm以上的厚板，主要用于船身的加工制造。那么不同厚度的板材的焊接怎么进行激光器选品呢？

一般而言，小于4mm的船板焊接可以用激光自熔焊的方法，可使用1kW～4kW的光纤激光器；大于4mm的船板焊接通常采用激光填丝焊接或者激光-电弧复合焊接，目前单次能够焊接的厚度不大于14mm，可使用6kW～12kW的光纤激光器；大于12mm的船板焊接通常采用坡口焊接，甚至更厚的20mm以上的船板焊接需要采用多焊道焊接，可使用12kW-20kW光纤激光器。