徐国建¹ 钟立明¹ 杭争翔¹ 石磊² 武斌斌³ 傅新皓³ 王志一⁴

摘要 为了拓展半导体激光器在激光加工领域的应用范围，使其能够应用到厚板金属材料的焊接中，本文采用了Laserline公司研制的LDF4000-40光纤耦合半导体激光焊接系统，研究了其厚板SUS304奥氏体不锈钢的焊接性能。试验结果表明，其厚板SUS304奥氏体不锈钢焊接过程中完全能够形成匙孔效应，具有较强的穿透能力；相比于同等工作条件下的光纤激光，其焊接熔深有所减小，而焊接熔宽有所增加；焊缝成型及焊接过程稳定性要优于光纤激光，飞溅量明显小于光纤激光。由此证实了光纤耦合半导体激光器完全可以用于厚板金属材料的焊接。

关键词 激光技术；半导体激光器；光纤耦合；焊接性能；光纤激光；SUS304

1  引 言

由于半导体激光具有光电转换高效、体积小及金属对其吸收率高（如图1所示，半导体激光波长范围为915-1030nm，金属对其吸收率高于CO₂、YAG及光纤激光）等优点，但是也具有光束质量比较差（如图2所示，半导体激光的光束质量最差）这一缺点，所以在激光表面强化（堆焊、合金化及淬火）领域引起了人们的广泛关注，并逐步走向实际生产应用。日本名古屋大学研究人员^[4]，用比较的方法研究了半导体激光器与CO₂激光器和Nd:YAG激光器在双相不锈钢表面熔覆钴基合金的效果，结果表明，半导体激光器的熔覆效率及堆焊层稀释率易控制性均优于后两种激光器。美国南卫理公会大学先进制造技术研究中心的Santhanakrishnan等研究人员，利用高功率半导体激光器进行表面强化时，开发了一种基于温度监控的闭环控制系统，实时调节激光输出功率，以保证强化区域的温度保证一个恒定值，最后保证在金属材料表面获得稳定的硬度值和硬化层深度，该项技术在冶金行业等已经产业化。但是，关于半导体激光器用于厚板金属材料焊接的研究，到目前为止还没有报道。