魏麗華，暴宋杰，張維官

1.中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)/北京中機(jī)天達(dá)科技發(fā)展有限責(zé)任公司 北京·埃森焊接與切割展覽會(huì)組委會(huì) 北京 100036

2.機(jī)械工業(yè)信息研究院金屬加工雜志社 北京 100037

光學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，快速推動(dòng)了激光加工技術(shù)的進(jìn)步與應(yīng)用，特別是超快激光器、飛秒激光器、藍(lán)光激光器等產(chǎn)品的面世，對(duì)于激光加工在焊接領(lǐng)域的高效焊接起到了巨大的作用。

由于激光加工具有光點(diǎn)小、能量集中、熱影響區(qū)小、不接觸工件及對(duì)工件無(wú)污染等特點(diǎn)，因此，涌現(xiàn)出激光切割、激光焊接[1]、激光復(fù)合焊[2]、激光增材[3]等各種形式的新工藝新技術(shù)，在汽車制造、軌道交通、航空航天等眾多行業(yè)得到了快速的應(yīng)用?；诖耍絹?lái)越多的激光加工相關(guān)的研制企業(yè)涌現(xiàn)出來(lái)，為裝備制造企業(yè)的快速、高效、智能化的激光加工提供了各種各樣的產(chǎn)品和解決方案。

激光器促進(jìn)焊接加工技術(shù)快速進(jìn)步

激光器作為激光加工的“心臟”，對(duì)激光加工能夠在制造業(yè)中的快速推廣起到關(guān)鍵性作用，因此，激光器的功率、光束直徑、光斑模式及噪聲等性能，以及小型化、便攜化等是激光器企業(yè)最重要的研發(fā)方向。因此，行業(yè)知名的IPG、銳科、凱普林、創(chuàng)鑫、通快等激光器企業(yè)都展示出了公司最新研究成果。

（1）凱普林閃電系列激光器 凱普林作為國(guó)內(nèi)激光器知名企業(yè)之一，一直致力于激光器的研發(fā)及應(yīng)用效果，其閃電系列光纖激光器，主打“更小更輕更智能”，是最小的激光器之一。其中，閃電1000W光纖激光器更是僅有筆記本電腦大?。ㄒ?jiàn)圖1）?！癓ess is more”是閃電系列的極限設(shè)計(jì)理念，通過(guò)對(duì)泵浦源、芯片和水冷板的一體化設(shè)計(jì)，旨在讓光纖激光器剔除多余構(gòu)造，打造極限空間，從而減小體積、減小質(zhì)量，便于終端用戶的應(yīng)用集成。凱普林閃電系列12kW光纖激光器，擁有獨(dú)特的抽屜式設(shè)計(jì)，比老款體積減小74%，質(zhì)量減少51%，更便攜，應(yīng)用場(chǎng)景也更多元。

圖1 凱普林閃電系列激光器

此外，閃電系列還具有高功率、高亮度、智能化、性能穩(wěn)定等特征，針對(duì)市場(chǎng)同類產(chǎn)品體積冗余、笨重的痛點(diǎn)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。目前，閃電系列1000W、1500W、2000W及3000W主要應(yīng)用于手持焊領(lǐng)域，閃電系列6000W、12kW側(cè)重于激光切割領(lǐng)域，對(duì)不銹鋼、碳鋼以及鋁銅等金屬材料都可實(shí)現(xiàn)精細(xì)加工（見(jiàn)圖2）。

圖2 激光器應(yīng)用樣品

（2）銳科激光器 銳科是國(guó)內(nèi)激光器的頭部企業(yè)之一，其產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域也是涵蓋了汽車制造、機(jī)械制造、航空航天等。銳科有3款產(chǎn)品值得關(guān)注：旗幟帶光閘環(huán)形光斑ABP4000/2000激光器、藍(lán)光500W光纖激光器和250W MOPA脈沖光纖激光器。

旗幟帶光閘環(huán)形光斑ABP4000/2000激光器相比普通光纖激光器，采用優(yōu)化升級(jí)的泵浦源、有源光纖等核心器件，配置高耦合效率、可高頻次切換的分時(shí)光閘，焊接無(wú)飛濺，避免焊后處理，顯著提升良率，實(shí)現(xiàn)更快焊接速度、更高焊接質(zhì)量，廣泛應(yīng)用于鋁電池、汽車零部件、電子元器件制造等。

藍(lán)光500W光纖激光器（見(jiàn)圖3）對(duì)銅等有色金屬的吸收率是紅外的12倍，復(fù)合焊接能夠?qū)崿F(xiàn)2～5mm以內(nèi)紫銅對(duì)接焊，抗拉強(qiáng)度均可達(dá)到母材強(qiáng)度的67.7%以上，最大抗拉強(qiáng)度可達(dá)母材的81.3%。通過(guò)高速攝像觀察，藍(lán)光-光纖復(fù)合焊接紫銅過(guò)程中熔池形成非常穩(wěn)定，無(wú)飛濺。主要應(yīng)用于電池銅箔的軟連接焊接、電池極柱的焊接、電池紫銅位置焊接、電動(dòng)機(jī)銅扁線的焊接、銅絲導(dǎo)線的焊接、紫銅水冷裝置的焊接及黃銅閥門焊接等。

圖3 藍(lán)光500W光纖激光器

（3）IPG YLS-ECO系列 在IPG眾多的產(chǎn)品和技術(shù)解決方案中， YLS-ECO系列高效節(jié)能型高功率光纖激光器（見(jiàn)圖4）就是其中的一款，該激光器是IPG在綠色制造理念下研發(fā)推出的創(chuàng)新產(chǎn)品。在IPG獨(dú)有技術(shù)平臺(tái)的支持下，YLS-ECO系列激光器電光轉(zhuǎn)換效率可達(dá)50%以上，并且擁有出色的長(zhǎng)期功率穩(wěn)定性，確保在所有高功率應(yīng)用（包括切割、焊接、釬焊、熔覆和表面處理）中，能夠年復(fù)一年地保持其卓越加工能力，為最嚴(yán)苛的應(yīng)用提供長(zhǎng)期穩(wěn)定激光功率，幫助高端制造企業(yè)擺脫低效和高耗能的困擾，進(jìn)而利用高效技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色制造。

圖4 YLS-ECO系列高效節(jié)能型高功率光纖激光器

總之，焊接與切割作為激光加工應(yīng)用的主要工藝，激光器的優(yōu)劣是企業(yè)重點(diǎn)考慮的因素之一。因此，激光器企業(yè)除了研發(fā)各種高性能的激光器之外，也在貼近用戶，針對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)景，研發(fā)各種解決工藝方案。

先進(jìn)的激光焊接工藝助力企業(yè)高效焊接

當(dāng)前，激光焊接工藝主要有激光焊、激光-MIG復(fù)合焊、激光-MAG焊及激光熔覆等[1，4-6]，而激光復(fù)合焊在行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越成熟，因此，激光電弧復(fù)合焊接發(fā)揮作用將會(huì)越來(lái)越多。激光焊接工藝的快速應(yīng)用，也促進(jìn)了激光焊接相關(guān)的企業(yè)的發(fā)展，涌現(xiàn)出一批在國(guó)內(nèi)比較知名的企業(yè)，比如華工激光、大族激光、銘雷激光、鑫全利、天一及創(chuàng)鑫激光等，銘雷激光推出了一款30 000W高功率激光電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)；創(chuàng)鑫激光發(fā)布了雙光束（環(huán)形光斑）系列激光焊接系統(tǒng)。

1）30 000W高功率激光電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)。銘雷激光的該焊接系統(tǒng)采用高功率激光與傳統(tǒng)焊接相結(jié)合，激光束和電弧在共同的熔池中相互作用，相互影響和支持，彌補(bǔ)彼此焊接工藝的缺陷，充分發(fā)揮激光深熔和弧焊蓋面的優(yōu)勢(shì)，有效提升焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性，降低制造成本。該激光電弧復(fù)合焊系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：復(fù)合焊接強(qiáng)度高、速度快、熱輸入小、變形量少；30mm不需開(kāi)坡口，減少送絲填料消耗；焊縫橋接大、間隙容忍性強(qiáng)；新型、智能、節(jié)能、自動(dòng)化，如圖5所示樣機(jī)。

2）雙光束（環(huán)形光斑）系列激光焊接系統(tǒng)。該系統(tǒng)是創(chuàng)鑫激光針對(duì)新能源電池一站式激光解決中的核心主推產(chǎn)品。功率段為3000W+3000W和2000W+2000W，集激光器控制系統(tǒng)于一體，采用環(huán)形光斑設(shè)計(jì)，可有效抑制飛濺，能夠得到更好的光束質(zhì)量。功率輸出穩(wěn)定性高，功率波動(dòng)＜1.5%；具備功率監(jiān)控與功率補(bǔ)償功能，光束質(zhì)量一致性強(qiáng)，補(bǔ)償節(jié)拍在0.3ms以內(nèi)。

總之，激光復(fù)合焊接技術(shù)是主要以通過(guò)激光器+協(xié)作機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人+焊機(jī)等方式組合起來(lái)的一整套焊接系統(tǒng)，隨著智能化焊接技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)激光復(fù)合焊接將會(huì)越來(lái)越智能，給企業(yè)帶來(lái)更加高效、環(huán)保的焊接生產(chǎn)方式。

手持激光焊加快手工焊接變革

如果說(shuō)激光復(fù)合焊會(huì)替代傳統(tǒng)的焊接工藝，那么，手持激光焊的出現(xiàn)，將會(huì)加速傳統(tǒng)弧焊工藝向激光焊工藝的推進(jìn)，因此，也加速了手持激光焊的發(fā)展。據(jù)了解，目前生產(chǎn)或研制手持激光焊設(shè)備的企業(yè)有1000余家，如此龐大的企業(yè)規(guī)模，必將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)手持激光焊工藝的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用。第26屆北京·埃森焊接與切割展覽會(huì)上，涌現(xiàn)出了一大批從事手持激光相關(guān)的企業(yè)，比如桓日激光、凱普林、IPG、銘雷激光、麒麟激光、麥格米特及瑞凌等。

1）桓日激光的紅桐系列新品A1MD30手持激光焊。它采用三控聯(lián)調(diào)一體化，激光器、焊槍、送絲機(jī)三孔合一，僅通過(guò)主機(jī)上的屏幕就能控制整個(gè)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào)，自動(dòng)調(diào)用最優(yōu)焊接參數(shù)；其智能化與自動(dòng)化使焊接變得簡(jiǎn)單易學(xué)，大大降低了焊接入門門檻，可幫助企業(yè)大大降低用工成本。此外，紅桐A1MD30還可以焊多種金屬，如鋁合金、黃銅、紫銅等高反材料，且焊縫整潔美觀、熔深高，如圖6所示。

圖6 桓日激光手持焊接機(jī)演示

2）麥格米特手持式激光焊接系統(tǒng)。該設(shè)備配備1.5kW/2.0kW激光器（見(jiàn)圖7），適用于5mm以下薄板焊接，比如鈑金、汽車內(nèi)飾、燈具等行業(yè)。具有以下特點(diǎn)：①高穩(wěn)定性激光發(fā)生器，嚴(yán)格指定核心器件，輸出功率穩(wěn)定，參數(shù)波動(dòng)極?。虎谳p便式手持焊接槍頭及送絲系統(tǒng)，故障率低，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；③雙溫雙控智能冷卻系統(tǒng)，可靠穩(wěn)定；④一機(jī)多用，支持手持焊接、機(jī)器人焊接、激光焊縫清洗機(jī)簡(jiǎn)易激光切割等功能；⑤具有效率高、變形小、免打磨、上手快等特點(diǎn)。

圖7 麥格米特手持激光焊機(jī)

手持激光焊機(jī)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，說(shuō)明了未來(lái)手持激光焊將會(huì)越來(lái)越適合焊接的發(fā)展方向。

結(jié)語(yǔ)

激光加工技術(shù)作為當(dāng)前焊接技術(shù)最具前沿性的一種先進(jìn)焊接工藝，隨著激光器、焊機(jī)、控制系統(tǒng) 視覺(jué)跟蹤等技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越受到企業(yè)的重視。因此，激光加工開(kāi)始從薄板加工向中厚板方向發(fā)展，未來(lái)必將更廣泛的改變企業(yè)的生產(chǎn)方式。