双光束环形光斑激光焊接：破解高端制造焊接质量难题

1年前来源：观看：78

在新能源锂电池、汽车制造、航天航空等高端制造领域，对焊接质量的严苛要求日益提升。传统单光束激光焊接在应对高反材料、焊接缺陷等方面逐渐显露局限，而双光束环形光斑激光焊接凭借独特的能量分布模式，正成为突破焊接质量瓶颈的重要技术手段，为高端制造领域提供着有力的技术支撑。

传统单光束在高端制造中的焊接痛点

传统单光束焊接工艺中，由于能量高度集中，易引发熔池剧烈波动与金属蒸汽喷射，进而产生飞溅、内部气孔等缺陷，这些缺陷可能成为结构隐患，影响产品的安全性与可靠性。在焊接精密部件时，热影响区的敏感性还易导致材料性能劣化；同时，单光束对焊缝成形的控制能力有限，难以满足焊缝表面光滑度和一致性的严苛标准。

△单光束焊接示意

此外，高端制造领域涉及的材料日益复杂，包括铜、铝、金等高反射率材料，以及高强度铝合金、钛合金、复合材料等。这些材料物理化学性质各异，传统焊接工艺在处理此类材料时往往面临诸多挑战。

双光束环形光斑：重构激光焊接能量调控逻辑

双光束环形光斑焊接通过独特的能量分布设计及对焊接能量、热输入的精准控制，实现 “外环预热，内环深熔” 的协同作用，将激光与材料的相互作用从 “粗暴穿透” 升级为 “精密调控”，成为满足高质量焊接需求的重要技术方向。

△双光束（环形光斑）激光器与普通光纤激光器焊接效果对比

从焊接过程来看，环形光束作用于材料表面时，可实现温和预热，降低材料反射率（尤其针对高反材料），稳定熔池初始状态，显著减少飞溅；中心光束则作用于已预热区域，提供主要焊接能量，且能量吸收效率更高，能够实现稳定深熔，形成熔深优异、匙孔稳定的焊缝核心。

通过双光束的协同优化，熔池内部流动模式得到改善，有助于气泡逸出以减少气孔，同时熔池冷却更均匀，最终可获得表面光滑、宽高比适中、一致性良好的优质焊缝。

△双光束环形光斑焊接示意

技术方案解析：同波长与多波长复合的实践应用

在双光束环形光斑激光焊接领域，深圳的一家激光解决方案企业——宝辰鑫激光，基于母公司创鑫激光 20 余年激光技术沉淀及产业垂直整合能力，相关解决方案已在汽车零部件制造、新能源三电制造等领域实现批量化应用，并形成了同波长双光束环形光斑（DBW）和多波长复合双光束环形光斑（HMB）两种技术路径。

同波长双光束环形光斑焊接方案（DBW 系列）

该方案通过一根光纤提供两束独立控制的 1080nm 波长激光光束，环状和中心光束的功率可独立调节，能有效抑制飞溅，提升焊接质量。

△同波长双光束（环形光斑）

焊接过程中，中心光束能量密度高、光斑区域小，主要承担深熔焊接任务，提供核心焊接能量；外环光束能量密度小、光斑区域大，主要发挥预热及冷却缓冲作用，有助于稳定熔池、减少飞溅。

△环形光斑焊接示意

从设备适配性来看，搭载该方案的焊接系统软硬件功能全面，结构紧凑，适配接口丰富，可与现有加工系统兼容，能灵活匹配不同工业场景，提升了设备适应性和自动化水平。

在新能源锂电、扁线电机、汽车零部件制造等精密焊接场景中，该方案已得到广泛应用。以锂电池防爆阀焊接为例，针对其焊接精度要求高、材料与工艺复杂等难点，采用双光束环形光斑激光器为核心光源，通过搭载高速振镜焊接头等外光路组件及系统光学优化配置，实现了理想焊接效果。焊接后，焊缝饱满，熔池无气孔，表面无炸点、无发黑现象，激光起始、中部和收尾处熔池形貌稳定。

多波长复合双光束焊接方案（HMB系列）

多波长复合双光束焊接方案通过复合不同波长（如半导体 + 红外、蓝光 + 红外等），在实现低飞溅焊接的同时，提升了对铝、铜等高反合金焊接的品质与效率。

>半导体红外复合

通过复合 1080nm+915nm 光路，可有效提升对铜、铝等高反金属材料的吸收率，进而改善焊接质量与效率。其中，1080nm 核心光束实现深熔焊接，915nm 外环光束（多波段可定制）能使匙孔周围温度梯度更平缓，提升匙孔稳定性，减少气孔、裂纹等缺陷；同时，通过精确控制热输入，可有效降低甚至消除焊接飞溅，减少焊渣颗粒残留。

△半导体红外复合

>蓝光红外复合

复合 1080nm 波长红外光与 450nm 波长蓝光的方案中，内环红外光束光斑小、能量密度高，负责深熔焊接；外环 450nm 蓝光光束光斑大、吸收率高且能量密度低，可提升对铜等红外高反金属的吸收率，用于焊缝外围预热和缓冷，增强匙孔稳定性，抑制飞溅与空洞。

△蓝光红外复合

该方案具有独特的内部复合方式，与常见的外部复合方式相比，通过一支光纤输出、一套准直聚焦，借助激光器内部合束器复合不同波长光路，不仅光路稳定性更好、使用更便捷，且半导体激光经过合束器后受回光影响小，使用寿命更长。

在灵活性与兼容性方面，该方案可根据具体工艺要求灵活搭配两束激光，选择不同光纤芯径、不同波段半导体激光，适应多样化焊接需求；加工时可灵活调整输出参数，优化内外环激光搭配，在提升加工灵活性的同时，改善加工效率与质量；同时，其扩展编程接口兼容性良好，可适配现有加工系统，便于系统集成。

在新能源动力电池壳盖满焊中，针对 3003 铝合金外壳焊接易飞溅、易产生内部气孔等问题，采用定制化的多波长复合焊接方案后，焊接过程无明显飞溅，焊接后整体外观光滑，焊缝稳定可靠、无炸点、无虚焊，R 角形貌良好，满足实际需求。目前，该方案已在新能源锂电池、汽车制造、机械制造、钣金箱柜、厨卫家电等领域实现批量化应用。