光纤激光器在薄板焊接中的应用

近几十年来，光纤激光器在激光行业大获成功，且近期的报告都显示这种增长将继续保持良好的趋势。无论是用于打标的低功率光纤激光器，还是用于切割及焊接的高功率光纤激光器都迅速地扩大了市场份额。光纤激光器在工业激光器最大市场——金属薄板切割方面，也有望超过CO2激光器

1.薄板焊接

光纤激光焊接具有高的光束质量和焊接效率，较易实现钢和铝合金等薄板的焊接，焊接过程稳定，且焊接质量较好，已在汽车等行业获得广泛应用。由于薄钢板激光焊接工艺较为成熟，焊接难度不大。目前，对薄板光纤激光焊接的研究主要集中在对激光反射较大的铝合金和钛合金等有色金属材料上。

对轻量化要求较高的航空航天领域,利用激光焊接轻质材料薄板具有更大的优势，其中，铝合金等薄板材料的光纤激光焊接已成为各国航空界研究的焦点。因此，随着薄板材料光纤激光焊接技术的成熟，光纤激光在薄板焊接中的应用将会获得更大的发展空间。

2.中厚板焊接

多年来，焊接研究者一直在探索利用激光焊接厚板，但是严格的装配要求、焊缝力学性能以及大功率激光器的高成本限制了厚板激光焊的应用。与传统CO2激光焊接工艺相比，光纤激光厚板焊接工艺具有明显的优势，这主要得益于金属材料对波长为1070 nm光纤激光的反射系数更低，特别在焊接铝、铜等高反射系数金属材料时的优势尤其明显。光纤激光的高亮度特性可以显著降低焊接过程对焦点位置的敏感性，从而降低了实现高质量焊接的难度。另外，光纤激光与电弧复合焊接厚板能够显著降低工件热变形现象，改善焊缝外观并增加熔深。

光纤激光深熔焊接中厚板材料时，极高的激光功率和极快的焊接速度，使得材料在极短的时间内被加热、升温、熔化并发生剧烈的气化，焊接区域温度梯度的变化、加热和冷却速率极快，即焊接热循环特性与其他焊接方法和低功率激光焊接不尽相同，使得焊接接头组织特征和性能都将发生变化，必将影响焊接结构件的力学性能及失效行为。

中厚板的光纤激光焊接国内外已取得了一定的研究成果，但还处在应用初期，焊接过程仍存在较多的问题没有解决，如焊接过程稳定性和缺陷抑制等，仍需开展系统深入的研究。