徐國建¹ 鐘立明¹ 杭爭翔¹ 石磊² 武斌斌³ 傅新皓³ 王志一⁴

摘要 為了拓展半導體激光器在激光加工領域的應用范圍，使其能夠應用到厚板金屬材料的焊接中，本文采用了Laserline公司研制的LDF4000-40光纖耦合半導體激光焊接系統(tǒng)，研究了其厚板SUS304奧氏體不銹鋼的焊接性能。試驗結果表明，其厚板SUS304奧氏體不銹鋼焊接過程中完全能夠形成匙孔效應，具有較強的穿透能力；相比于同等工作條件下的光纖激光，其焊接熔深有所減小，而焊接熔寬有所增加；焊縫成型及焊接過程穩(wěn)定性要優(yōu)于光纖激光，飛濺量明顯小于光纖激光。由此證實了光纖耦合半導體激光器完全可以用于厚板金屬材料的焊接。

關鍵詞 激光技術；半導體激光器；光纖耦合；焊接性能；光纖激光；SUS304

1  引 言

由于半導體激光具有光電轉換高效、體積小及金屬對其吸收率高（如圖1所示，半導體激光波長范圍為915-1030nm，金屬對其吸收率高于CO₂、YAG及光纖激光）等優(yōu)點，但是也具有光束質量比較差（如圖2所示，半導體激光的光束質量最差）這一缺點，所以在激光表面強化（堆焊、合金化及淬火）領域引起了人們的廣泛關注，并逐步走向實際生產應用。日本名古屋大學研究人員^[4]，用比較的方法研究了半導體激光器與CO₂激光器和Nd:YAG激光器在雙相不銹鋼表面熔覆鈷基合金的效果，結果表明，半導體激光器的熔覆效率及堆焊層稀釋率易控制性均優(yōu)于后兩種激光器。美國南衛(wèi)理公會大學先進制造技術研究中心的Santhanakrishnan等研究人員，利用高功率半導體激光器進行表面強化時，開發(fā)了一種基于溫度監(jiān)控的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實時調節(jié)激光輸出功率，以保證強化區(qū)域的溫度保證一個恒定值，最后保證在金屬材料表面獲得穩(wěn)定的硬度值和硬化層深度，該項技術在冶金行業(yè)等已經產業(yè)化。但是，關于半導體激光器用于厚板金屬材料焊接的研究，到目前為止還沒有報道。