在激光技術(shù)日新月異的今天，激光切割已進(jìn)入 5 萬瓦級(jí)應(yīng)用時(shí)代，而激光焊接卻仍停留在萬瓦以下的水平。

特別是在高功率激光深熔焊接過程中，焊接缺陷如飛濺、氣孔、裂紋等問題頻現(xiàn)，限制了高功率激光焊接技術(shù)在船舶、核電等高端制造領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，高功率激光焊接領(lǐng)域中，已經(jīng)證實(shí)點(diǎn)環(huán)光斑焊接可有效減少這類焊接缺陷。

要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)環(huán)光斑輸出，通常使用基于特殊光纖特殊結(jié)構(gòu)的點(diǎn)環(huán)光纖激光器，但同等功率情況下點(diǎn)環(huán)光纖激光器價(jià)格遠(yuǎn)高于普通光纖激光器，并且光斑分布模式有限，只能輸出預(yù)設(shè)的幾種光斑分布模式，無法輸出其他光斑分布模式。

為了解決這一技術(shù)難題，湖北光谷實(shí)驗(yàn)室、華中科技大學(xué)光電學(xué)院雙聘教授秦應(yīng)雄帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了一項(xiàng)革命性的技術(shù)解決方案 —— 點(diǎn)環(huán)光斑光學(xué)系統(tǒng)。

據(jù)介紹，秦應(yīng)雄團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了基于外光路整形的三維光場(chǎng)調(diào)控方案，研發(fā)了基于普通激光器的點(diǎn)環(huán)光斑光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)更靈活三維光場(chǎng)分布，通過一塊自由曲面銅反射鏡，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直、聚焦、整形三種功能，簡化了光路結(jié)構(gòu)，降低功率損耗。

讓普通激光器實(shí)現(xiàn)點(diǎn)環(huán)光斑輸出，點(diǎn)環(huán)能量比例、環(huán)大小、點(diǎn)環(huán)焦平面位置、環(huán)類型（匯聚環(huán)或發(fā)散環(huán)）等參數(shù)可根據(jù)要求設(shè)計(jì)，以適應(yīng)復(fù)雜工況要求，屬國際首創(chuàng)。能更靈活應(yīng)對(duì)焊縫裂紋氣孔、飛濺控制、異種金屬的焊接等諸多難題。

在 10kW 的激光總功率下，點(diǎn)環(huán)功率比為 8:2 的高斯-環(huán)模激光所獲得的焊縫深度達(dá)到 14.5mm，氣孔率達(dá)到 1.2‰，相較于同等功率的純高斯模式激光，焊縫深度提升 17.5%，氣孔率下降 99%。

此外，該技術(shù)還適用于 20kW、30kW 等高功率焊接頭，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的熔深焊接。

30kW 高功率焊接頭

IT之家從公告獲悉，點(diǎn)環(huán)光斑光學(xué)系統(tǒng)在船舶、核電、動(dòng)力電池等高端制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，可實(shí)現(xiàn)大型船體結(jié)構(gòu)的精確焊接、電池殼體的高效焊接，可用于核反應(yīng)堆的精密焊接。