在新能源鋰電池、汽車制造、航天航空等高端制造領(lǐng)域，對焊接質(zhì)量的嚴苛要求日益提升。傳統(tǒng)單光束激光焊接在應(yīng)對高反材料、焊接缺陷等方面逐漸顯露局限，而雙光束環(huán)形光斑激光焊接憑借獨特的能量分布模式，正成為突破焊接質(zhì)量瓶頸的重要技術(shù)手段，為高端制造領(lǐng)域提供著有力的技術(shù)支撐。
傳統(tǒng)單光束在高端制造中的焊接痛點
傳統(tǒng)單光束焊接工藝中，由于能量高度集中，易引發(fā)熔池劇烈波動與金屬蒸汽噴射，進而產(chǎn)生飛濺、內(nèi)部氣孔等缺陷，這些缺陷可能成為結(jié)構(gòu)隱患，影響產(chǎn)品的安全性與可靠性。在焊接精密部件時，熱影響區(qū)的敏感性還易導(dǎo)致材料性能劣化；同時，單光束對焊縫成形的控制能力有限，難以滿足焊縫表面光滑度和一致性的嚴苛標準。
△單光束焊接示意
此外，高端制造領(lǐng)域涉及的材料日益復(fù)雜，包括銅、鋁、金等高反射率材料，以及高強度鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料等。這些材料物理化學性質(zhì)各異，傳統(tǒng)焊接工藝在處理此類材料時往往面臨諸多挑戰(zhàn)。
雙光束環(huán)形光斑：重構(gòu)激光焊接能量調(diào)控邏輯
雙光束環(huán)形光斑焊接通過獨特的能量分布設(shè)計及對焊接能量、熱輸入的精準控制，實現(xiàn) “外環(huán)預(yù)熱，內(nèi)環(huán)深熔” 的協(xié)同作用，將激光與材料的相互作用從 “粗暴穿透” 升級為 “精密調(diào)控”，成為滿足高質(zhì)量焊接需求的重要技術(shù)方向。
△雙光束（環(huán)形光斑）激光器與普通光纖激光器焊接效果對比
從焊接過程來看，環(huán)形光束作用于材料表面時，可實現(xiàn)溫和預(yù)熱，降低材料反射率（尤其針對高反材料），穩(wěn)定熔池初始狀態(tài)，顯著減少飛濺；中心光束則作用于已預(yù)熱區(qū)域，提供主要焊接能量，且能量吸收效率更高，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定深熔，形成熔深優(yōu)異、匙孔穩(wěn)定的焊縫核心。
通過雙光束的協(xié)同優(yōu)化，熔池內(nèi)部流動模式得到改善，有助于氣泡逸出以減少氣孔，同時熔池冷卻更均勻，最終可獲得表面光滑、寬高比適中、一致性良好的優(yōu)質(zhì)焊縫。
△雙光束環(huán)形光斑焊接示意
技術(shù)方案解析：同波長與多波長復(fù)合的實踐應(yīng)用
在雙光束環(huán)形光斑激光焊接領(lǐng)域，深圳的一家激光解決方案企業(yè)——寶辰鑫激光，基于母公司創(chuàng)鑫激光 20 余年激光技術(shù)沉淀及產(chǎn)業(yè)垂直整合能力，相關(guān)解決方案已在汽車零部件制造、新能源三電制造等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量化應(yīng)用，并形成了同波長雙光束環(huán)形光斑（DBW）和多波長復(fù)合雙光束環(huán)形光斑（HMB）兩種技術(shù)路徑。
同波長雙光束環(huán)形光斑焊接方案（DBW 系列）
該方案通過一根光纖提供兩束獨立控制的 1080nm 波長激光光束，環(huán)狀和中心光束的功率可獨立調(diào)節(jié)，能有效抑制飛濺，提升焊接質(zhì)量。
△同波長雙光束（環(huán)形光斑）
焊接過程中，中心光束能量密度高、光斑區(qū)域小，主要承擔深熔焊接任務(wù)，提供核心焊接能量；外環(huán)光束能量密度小、光斑區(qū)域大，主要發(fā)揮預(yù)熱及冷卻緩沖作用，有助于穩(wěn)定熔池、減少飛濺。
△環(huán)形光斑焊接示意
從設(shè)備適配性來看，搭載該方案的焊接系統(tǒng)軟硬件功能全面，結(jié)構(gòu)緊湊，適配接口豐富，可與現(xiàn)有加工系統(tǒng)兼容，能靈活匹配不同工業(yè)場景，提升了設(shè)備適應(yīng)性和自動化水平。
在新能源鋰電、扁線電機、汽車零部件制造等精密焊接場景中，該方案已得到廣泛應(yīng)用。以鋰電池防爆閥焊接為例，針對其焊接精度要求高、材料與工藝復(fù)雜等難點，采用雙光束環(huán)形光斑激光器為核心光源，通過搭載高速振鏡焊接頭等外光路組件及系統(tǒng)光學優(yōu)化配置，實現(xiàn)了理想焊接效果。焊接后，焊縫飽滿，熔池無氣孔，表面無炸點、無發(fā)黑現(xiàn)象，激光起始、中部和收尾處熔池形貌穩(wěn)定。
多波長復(fù)合雙光束焊接方案（HMB系列）
多波長復(fù)合雙光束焊接方案通過復(fù)合不同波長（如半導(dǎo)體 + 紅外、藍光 + 紅外等），在實現(xiàn)低飛濺焊接的同時，提升了對鋁、銅等高反合金焊接的品質(zhì)與效率。
>半導(dǎo)體紅外復(fù)合
通過復(fù)合 1080nm+915nm 光路，可有效提升對銅、鋁等高反金屬材料的吸收率，進而改善焊接質(zhì)量與效率。其中，1080nm 核心光束實現(xiàn)深熔焊接，915nm 外環(huán)光束（多波段可定制）能使匙孔周圍溫度梯度更平緩，提升匙孔穩(wěn)定性，減少氣孔、裂紋等缺陷；同時，通過精確控制熱輸入，可有效降低甚至消除焊接飛濺，減少焊渣顆粒殘留。
△半導(dǎo)體紅外復(fù)合
>藍光紅外復(fù)合
復(fù)合 1080nm 波長紅外光與 450nm 波長藍光的方案中，內(nèi)環(huán)紅外光束光斑小、能量密度高，負責深熔焊接；外環(huán) 450nm 藍光光束光斑大、吸收率高且能量密度低，可提升對銅等紅外高反金屬的吸收率，用于焊縫外圍預(yù)熱和緩冷，增強匙孔穩(wěn)定性，抑制飛濺與空洞。
△藍光紅外復(fù)合
該方案具有獨特的內(nèi)部復(fù)合方式，與常見的外部復(fù)合方式相比，通過一支光纖輸出、一套準直聚焦，借助激光器內(nèi)部合束器復(fù)合不同波長光路，不僅光路穩(wěn)定性更好、使用更便捷，且半導(dǎo)體激光經(jīng)過合束器后受回光影響小，使用壽命更長。
在靈活性與兼容性方面，該方案可根據(jù)具體工藝要求靈活搭配兩束激光，選擇不同光纖芯徑、不同波段半導(dǎo)體激光，適應(yīng)多樣化焊接需求；加工時可靈活調(diào)整輸出參數(shù)，優(yōu)化內(nèi)外環(huán)激光搭配，在提升加工靈活性的同時，改善加工效率與質(zhì)量；同時，其擴展編程接口兼容性良好，可適配現(xiàn)有加工系統(tǒng)，便于系統(tǒng)集成。
在新能源動力電池殼蓋滿焊中，針對 3003 鋁合金外殼焊接易飛濺、易產(chǎn)生內(nèi)部氣孔等問題，采用定制化的多波長復(fù)合焊接方案后，焊接過程無明顯飛濺，焊接后整體外觀光滑，焊縫穩(wěn)定可靠、無炸點、無虛焊，R 角形貌良好，滿足實際需求。目前，該方案已在新能源鋰電池、汽車制造、機械制造、鈑金箱柜、廚衛(wèi)家電等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量化應(yīng)用。
隨著航空航天、新能源汽車、精密電子等國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，對焊接技術(shù)的要求持續(xù)提升，推動上下游產(chǎn)業(yè)不斷革新技術(shù)，助力中國制造向高質(zhì)量、高效率、高可靠性方向邁進。雙光束環(huán)形光斑激光焊接技術(shù)的成熟與應(yīng)用，為高端制造領(lǐng)域的焊接質(zhì)量提升提供了重要支撐，也為行業(yè)技術(shù)升級注入了新動能。
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