光束整形 Beam Shaping

我們(men) 說的激光光束整形(Beam Shaping)，常指采用光束整形透鏡、鏡片、微透鏡或者不同形狀光纖對光斑實現勻化效果。這裏介紹一種新方法：來自TRUMP 的BrightLine焊接技術，采用2合1光纖（圖1），它是由內(nei) 芯光纖（Fiber Core）和外環光纖（Fiber Ring）組成。將兩(liang) 個(ge) 光束疊加作用到加工區域。

圖1 TRUNP的2合1光纖技術

在激光深熔焊接（Deep Penetration Process）過程中，加工微小位置的金屬吸收激光熱量熔化並蒸發，在微小孔底部產(chan) 生高壓蒸汽。蒸汽從(cong) 底部噴射而出導致材料損失，也就是飛濺。整個(ge) 過程類似家裏燒水不斷產(chan) 生氣泡的過程。當采用2合1整形光束時，外環光纖在微孔周邊創造了一個(ge) 更大區域的“緩衝(chong) 區”，允許高壓蒸汽逸出。外環光束有助於(yu) 創建一個(ge) 更穩定的深熔焊接過程。

同時，外環光束還改變了熔池金屬液體(ti) 的流動方向（圖2）。向表麵加速流動的金屬熔液，在環形光束脈衝(chong) 影響下，向側(ce) 麵偏轉。因此，在以上兩(liang) 個(ge) 變化綜合影響下，試驗證明，內(nei) 外光纖整形技術可減少90%的飛濺。

圖2 在內(nei) 外光束作用下熔池變化

光束擺動 Beam Oscillation

光束擺動軌跡如下圖所示。對於(yu) 一些對碰和搭接焊接過程，由於(yu) 零件之間有間隙且沒有填充材料，而常規的激光焊接是沿著間隙走直線，無法有效焊接。因此，引入光束擺動（Oscillation或Wobble），直線和上下運動疊加產(chan) 生螺旋線（圖3），增加了熔池區域，此時金屬液體(ti) 填充滿間隙實現焊接。采用光束擺動還有一個(ge) 好處，是可以補償(chang) 零件尺寸誤差，減小氣孔，增加焊縫美觀和焊接過程的穩定性。

圖3 直線運動和上下擺動疊加軌跡

光束整形和光束擺動同時使用，可以大大提高深熔焊接工藝的穩定性，提高鋁合金和高強度鋼材的可焊接性，有效避免微裂紋。然而，對於(yu) 某些材料，仍然存在隨機微裂紋。下圖4-6是6XXX係鋁合金在光束整形、光束擺動，以及光束整形和擺動三種條件下的焊接效果。

圖4 光束整形焊接截麵微觀效果

圖5 光束擺動焊接截麵微觀效果

圖6 光束整形和光束擺動焊接截麵微觀效果