復合焊接是高能焊與TIG、MIG和MAG焊各取所長，進行聯合焊接，以高能焊為基礎開發出來的高科技焊接方法。前景看好，已經從試驗階段逐步過渡到用于生產，受到人們的重視和關注，為高質量高效率焊接技術創造了一個發展空間。
一、CMT弧焊技術
CMT（Cold Metal Transfer，也稱“冷金屬過渡”）弧焊技術是Fronius 公司在研究無飛濺過渡技術、鋁與鋼異種金屬焊接、及薄板焊接的基礎上逐漸發展和成熟起來的一門新的弧焊技術。該項技術與美國LINCOLN公司的表面張力過渡技術（Surface TensionTransfer，簡稱STT）以及日本OTC公司的控制液橋過渡技術（Controlled Bridge Trans-fer，簡稱CBT）均屬于數字化精確控制短路過渡電弧技術。
CMT弧焊技術的最大技術優勢在于其焊接過程飛濺少、焊接變形小、焊縫冶金質量高（與常規熔化極氣體保護焊相比）。但是，由于CMT弧焊過程中熔池的溫度相對較低，因此在焊接中、厚板時，液態焊縫金屬在母材表面的潤濕性相對較差，得到焊縫的余高相對較大，特別是在采用多層多道焊時，易出現未熔合、夾渣等缺陷。此外，CMT弧焊在直流反接焊時，在純氬氣保護氣體下，由于保護氣體中無氧化性氣體，且熔池中缺少氧化物的存在，電弧的陰極斑點難以固定，隨焊接過程的進行而不停漂移，表現為電弧飄動，挺度不足，導致焊接過程不穩定，這是CMT弧焊技術不足。所以核電設備、航空航天對冶金性能要求極高的產品，在制造中無法應用。
二、CMT弧焊與激光-CMT電弧復合熱源焊接時電弧形貌上的比較
CMT過渡技術實際上是一種通過送絲協調及波形控制而實現“冷”與“熱”交替的短路過渡弧焊技術。CMT過渡中的“熱”過程實際上是大電流電弧燃燒而形成熔滴的過程，而“冷”過程實際上是小電流電弧維持燃燒待熔滴過渡的過程。從圖3-68和圖3-69分別為其他焊接條件相同情況下的單獨CMT的電弧形貌及激光與CMT復合后的電弧形貌。
從兩幅圖中可以看出，激光加入前后CMT電弧形貌發生了可喜的變化：在純氬保護氣體保護下，激光與CMT電弧復合后，激光對CMT電弧（特別是大電流燃弧階段的電弧）產生了吸引作用，增加了電弧的挺度，使得原本不穩定的焊接過程得到穩定。還有焊縫正面成形美觀，可實現單面焊雙面成形。
純氬保護的激光CMT復合焊焊接接頭與在TIG填絲的焊接接頭的力學性能方面進行比較，測試結果見表3-52。從表中可知，激光-CMT復合熱源焊接接頭的沖擊韌度和彎曲性能與TIG填絲的焊接接頭相當，而前者的抗拉強度則略高于后者。激光-CMT復合熱源焊接接頭的韌性更為穩定。從接頭的硬度分布情況看，激光-CMT復合熱源焊接接頭的焊縫及熱影響區略高于TIG填絲的焊接接頭的焊縫及熱影響區。從焊接接頭的力學性能來考核，純氬保護的激光-CMT完全可以取代TIG填絲焊來實現304不銹鋼的焊接。
304不銹鋼TIG填絲焊和激光-CMT 復合熱源焊接接頭的金相組織進行比較：這兩種焊接方法的焊接接頭，它們的金相組織基本相同，焊縫金屬及焊接熱響區的奧氏體組織均為奧氏體＋少量8-鐵素體組織，且焊接熱影響區的奧氏體組織發生明顯的粗化。但是，仔細對比兩種焊接接頭的焊縫組織觀察則發現，焊縫柱狀晶晶粒略有差異：TIG填絲焊焊縫的柱狀晶晶粒略粗大；激光-CMT 復合熱源焊縫的柱狀晶晶粒略細小。可以認為，激光-CMT復合熱源的有效熱輸入要比TIG填絲焊過程中的實際有效熱輸入小，從表3-55焊接參數中可知，其焊接熱輸入僅為TIG填絲焊的48％左右，這是導致TIG填絲焊焊縫的柱狀晶晶粒略粗大的原因。
從技術的先進性來說，對于304不銹鋼而言，純氬保護的激光-CMT焊接，其焊接接頭的力學性能不低于TIG焊，而焊接效率則是TIG填絲焊的5倍。該項焊接接技術若取代TIG填絲焊應用于焊接生產，將是焊接技術的一次重大變革。
三、針對性試驗
目前國內外對于從事與核電厚壁部件的焊接主要采用的上TIG 填充焊（熱絲或冷絲）焊接方法。盡管這種焊接方法的焊接質量相對比較穩定，但也存在以下問題：焊接效率低及焊接熱輸入大，導致焊接變形也較大。
為了克服上述不足之處，哈爾濱焊接研究所在研究固體激光-熔化極電弧復合熱源焊接的基礎上，提出了激光-CMT復合熱源焊接新方法。其特點是可以解決常規的熔化極氣體保護焊飛濺較大且必須在一定含量的氧化性保護氣體（O2或CO2）中才能穩定焊接的問題，使其在純氬氣保護環境下獲得穩定的焊接過程和良好的焊縫成形。
采用激光-CMT電弧復合熱源焊接方法焊接8mm厚奧氏體型不銹鋼的試驗結果表明：焊接接頭的綜合力學性能與304不銹鋼TIG填絲焊接接頭的綜合力學性能相當，而焊接效率是TIG填絲焊的3～5倍。要取得這個結果，必須在復合焊縫金屬中嚴格控制C、N、0等微量元素的含量，否則將對焊接接頭力學性能中的沖擊性能極為不利，無法達到TIG填絲焊的水平。
經分析，激光-CMT復合熱源焊接時，如果后保護范圍小，則在較高速度焊接時易卷入空氣，從而使得焊縫金屬中的C、N、O等雜質元素含量偏高。因此，焊接后的保護措施至關重要。
為此，用激光-CMT復合熱源焊接方法，在純氬氣保護及較高速度焊接情況下，采取不同的后保護方法進行試驗，將試驗結果與TIG填充絲焊進行對比。
1. 試驗材料和方法
試驗材料為304不銹鋼，試板規格為400mm×200mm×20mm，保護氣體為工業氬氣（純度為99.99％）。焊絲牌號為HS308LSi，焊絲直徑1.2mm。母材及焊絲的化學成分見表3-53，母材的力學性能見表3-54。采用激光-CMT復合熱源焊接試板。
2. 試驗設備
試驗用激光器為德國通快公司生產的TruDisk6002 型激光器，最大激光功率6kW，試驗中采用焦距為475mm的激光輸出透鏡；電弧焊機為奧地利Fronius公司生產的TPS4000型數字化CMT焊機；TIG填絲焊所用焊機為PANA-TIG SP300鎢極氬弧焊機。
3. 試驗方法
在純氬氣保護下采用兩種不同的后保護措施，以U形坡口對接的方式進行焊接，坡口形式如圖3-70所示，后保護措施如圖3-71所示。其中，方式一為單一細噴嘴保護，方式二為雙管后保護。
4. 試驗結果與分析
a. 氣體保護效果對焊縫成形及微量元素含量的影響
采用方式1后氣體保護時，焊縫發灰；而采用方式2后氣體保護時，焊縫呈銀白色，其氣體保護效果甚至好于TIG填絲焊縫。
采用方式1和方式2增加后保護的激光-CMT復合焊與TIG填絲焊焊縫中C、N、H、O元素的含量的比較如表3-56所示。從表中可知，與方式1相比，采用方式2增加后保護焊縫中C、H元素的含量變化不大，而N、O元素含量下降到原來的1/4，并且與TIG填絲焊中C、N、H、O元素的含量相當，而N、O元素的主要來源就是空氣。
產生這種變化主要是因為：方式1后保護，噴嘴保護管徑細，保護范圍較小，熔池極易卷入空氣，表現為焊縫表面發灰，N、O元素含量偏高；方式2后保護時，管徑較粗，并且在焊縫方向上并排排列著兩個后噴嘴，大大加強了保護范圍，表現為焊縫呈銀白色，N、O元素含量大幅下降。
由此可見，采用方式2增加后保護后，能夠更好地隔絕空氣與熔池的接觸，極大地改善了焊縫的保護效果。
b. 氣體保護效果對焊接接頭沖擊性能的影響
將方式1和方式2增加后保護的激光-CMT復合焊焊縫中心進行沖擊性能測式結果與TIG填絲焊的沖擊性能進行對比，見表3-57。可以看出，采用方式1焊縫中心進行沖擊值與TIG填絲焊接頭有較大差距；而方式2增加氣體保護后焊縫中心沖擊值基本上與TIG填絲焊焊接接頭相當。
用SEM觀察沖擊斷口的微觀形貌：方式1焊縫沖擊斷口形貌，韌窩尺寸較小，數量較多，深度較淺，起伏較小；方式2和TIG填絲焊的焊縫沖擊斷口形貌，韌窩尺寸較大，數量相對較少，深度較深，起伏較大。
在方式1的焊縫沖擊斷口上有很多尺寸較大的夾雜物，用EDS能譜分析看到，夾雜物中O、Si、Mn元素含量較高，為氧化物夾雜物。這種夾雜物對焊縫的沖擊性能有很大的影響，而其他斷口中未發現有夾雜物的存在。
方式2在焊縫中未發現氧化物夾雜，因此焊接接頭的沖擊性能較高。可以認為，氧化物夾雜是影響焊接接頭沖擊性能主要因素，當氣體后保護效果良好時，焊接接頭的沖擊韌性較高，激光-CMT復合焊基本達到TIG填絲焊的水平。該項焊接接技術若取代TIG填絲焊應用于焊接生產，將是焊接技術的一次重大變革。
