突破高功率激光焊接技术，湖北光谷实验室提出点环光斑光学系统

突破高功率激光焊接技术，湖北光谷实验室提出点环光斑光学系统

在激光技术日新月异的今天，激光切割已进入5万瓦级应用时代，而激光焊接却仍停留在万瓦以下的水平。

特别是在高功率激光深熔焊接过程中，焊接缺陷如飞溅、气孔、裂纹等问题频现，限制了高功率激光焊接技术在船舶、核电等高端制造领域的应用。目前，高功率激光焊接领域中，已经证实点环光斑焊接可有效减少这类焊接缺陷。

要实现点环光斑输出，通常使用基于特殊光纤特殊结构的点环光纤激光器，但同等功率情况下点环光纤激光器价格远高于普通光纤激光器，并且光斑分布模式有限，只能输出预设的几种光斑分布模式，无法输出其他光斑分布模式。

为了解决这一技术难题，湖北光谷实验室、华中科技大学光电学院双聘教授秦应雄带领团队提出了一项革命性的技术解决方案——点环光斑光学系统。

据介绍，秦应雄团队创新性地提出了基于外光路整形的三维光场调控方案，研发了基于普通激光器的点环光斑光学系统，设计更灵活三维光场分布，通过一块自由曲面铜反射镜，实现准直、聚焦、整形三种功能，简化了光路结构，降低功率损耗。

让普通激光器实现点环光斑输出，点环能量比例、环大小、点环焦平面位置、环类型（汇聚环或发散环）等参数可根据要求设计，以适应复杂工况要求，属国际首创。能更灵活应对焊缝裂纹气孔、飞溅控制、异种金属的焊接等诸多难题。

在10kW的激光总功率下，点环功率比为8:2的高斯-环模激光所获得的焊缝深度达到14.5mm，气孔率达到1.2‰，相较于同等功率的纯高斯模式激光，焊缝深度提升17.5%，气孔率下降99%。

此外，该技术还适用于20kW、30kW等高功率焊接头，实现了高质量的熔深焊接。

30kW高功率焊接头

点环光斑光学系统在船舶、核电、动力电池等高端制造领域具有广泛的应用前景，可实现大型船体结构的精确焊接、电池壳体的高效焊接，可用于核反应堆的精密焊接。