近日，湖北光谷實(shí)驗(yàn)室傳來(lái)了一項(xiàng)關(guān)于激光技術(shù)的重大突破。隨著激光切割技術(shù)邁入5萬(wàn)瓦級(jí)的應(yīng)用新階段，激光焊接領(lǐng)域卻仍未能跟上這一步伐，尤其是在高功率激光深熔焊接中，焊接缺陷如飛濺、氣孔、裂紋等問(wèn)題頻發(fā)，極大地限制了高功率激光焊接在船舶、核電等高端制造業(yè)的應(yīng)用。

面對(duì)這一技術(shù)瓶頸，點(diǎn)環(huán)光斑焊接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，被證實(shí)能有效減少焊接缺陷。然而，傳統(tǒng)點(diǎn)環(huán)光斑焊接依賴于基于特殊光纖結(jié)構(gòu)的激光器，價(jià)格昂貴且光斑分布模式受限。為了打破這一困境，湖北光谷實(shí)驗(yàn)室攜手華中科技大學(xué)光電學(xué)院的秦應(yīng)雄教授團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新性地提出了點(diǎn)環(huán)光斑光學(xué)系統(tǒng)。

秦應(yīng)雄團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新系統(tǒng)基于普通激光器，通過(guò)外光路整形實(shí)現(xiàn)三維光場(chǎng)調(diào)控，設(shè)計(jì)靈活多變的三維光場(chǎng)分布。借助一塊自由曲面銅反射鏡，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)直、聚焦、整形三大功能，大大簡(jiǎn)化了光路結(jié)構(gòu)，降低了功率損耗。這一技術(shù)革新使得普通激光器也能輸出點(diǎn)環(huán)光斑，且各項(xiàng)參數(shù)如點(diǎn)環(huán)能量比例、環(huán)大小、點(diǎn)環(huán)焦平面位置等均可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)各種復(fù)雜工況。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在10kW的激光總功率下，點(diǎn)環(huán)功率比為8:2的高斯-環(huán)模激光所獲得的焊縫深度達(dá)到了14.5mm，氣孔率僅為1.2‰。與同等功率的純高斯模式激光相比，焊縫深度提升了17.5%，氣孔率下降了99%。這一顯著優(yōu)勢(shì)使得點(diǎn)環(huán)光斑光學(xué)系統(tǒng)在提升焊接質(zhì)量和效率方面具有巨大潛力。

該技術(shù)不僅適用于10kW的激光器，還成功應(yīng)用于20kW、30kW等高功率焊接頭，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的熔深焊接。在30kW高功率焊接頭的測(cè)試中，該技術(shù)同樣表現(xiàn)出色，進(jìn)一步驗(yàn)證了其廣泛的應(yīng)用前景。

秦應(yīng)雄團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新成果不僅解決了高功率激光焊接中的技術(shù)難題，還為船舶、核電、動(dòng)力電池等高端制造領(lǐng)域提供了更為高效、精準(zhǔn)的焊接解決方案。在船舶制造中，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大型船體結(jié)構(gòu)的精確焊接；在動(dòng)力電池領(lǐng)域，它能提高電池殼體的焊接效率；在核電行業(yè)，它可用于核反應(yīng)堆的精密焊接，確保核設(shè)施的安全性和可靠性。

隨著點(diǎn)環(huán)光斑光學(xué)系統(tǒng)的不斷推廣和應(yīng)用，相信它將為高端制造業(yè)的發(fā)展注入新的活力，推動(dòng)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。