徐國建¹ 鐘立明¹ 杭爭(zhēng)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(dǎo)體激光器在激光加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，使其能夠應(yīng)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(dǎo)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(yàn)結(jié)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(yīng)，具有較強(qiáng)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(shí)了光纖耦合半導(dǎo)體激光器完全可以用于厚板金屬材料的焊接。

關(guān)鍵詞 激光技術(shù)；半導(dǎo)體激光器；光纖耦合；焊接性能；光纖激光；SUS304

1  引 言

由于半導(dǎo)體激光具有光電轉(zhuǎn)換高效、體積小及金屬對(duì)其吸收率高（如圖1所示，半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)范圍為915-1030nm，金屬對(duì)其吸收率高于CO₂、YAG及光纖激光）等優(yōu)點(diǎn)，但是也具有光束質(zhì)量比較差（如圖2所示，半導(dǎo)體激光的光束質(zhì)量最差）這一缺點(diǎn)，所以在激光表面強(qiáng)化（堆焊、合金化及淬火）領(lǐng)域引起了人們的廣泛關(guān)注，并逐步走向?qū)嶋H生產(chǎn)應(yīng)用。日本名古屋大學(xué)研究人員^[4]，用比較的方法研究了半導(dǎo)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(jié)果表明，半導(dǎo)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(huì)大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究中心的Santhanakrishnan等研究人員，利用高功率半導(dǎo)體激光器進(jìn)行表面強(qiáng)化時(shí)，開發(fā)了一種基于溫度監(jiān)控的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光輸出功率，以保證強(qiáng)化區(qū)域的溫度保證一個(gè)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(xiàng)技術(shù)在冶金行業(yè)等已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。但是，關(guān)于半導(dǎo)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(bào)道。