高功率光纖激光器，是相對于光纖通訊中作為載波的低功率光纖激光器而言，它巧妙地把光纖技術與激光原理有機地結合在一起，是21世紀最先進和最犀利的激光器。在機械加工、激光醫(yī)療、汽車制造和軍事等行業(yè)中屬于高強度光源。

　　與傳統(tǒng)高功率激光器相比，工作波長在1060～1200nm范圍內的高功率光纖激光器，具有轉換效率高、光束質量好、維護周期長、運行費用低等優(yōu)點，其極高的效率和功率在材料加工方面可與傳統(tǒng)的YAG激光器相媲美。在焊接領域，激光軟焊和燒結所需的功率為50-500W，金屬焊接和硬焊為5-20kW，高功率光纖激光器完全能夠滿足其要求。

　　在工業(yè)應用方面，高功率表光纖激光器在市場上較為廣闊的應用領域是激光加工技術。激光加工技術是利用激光與物質相互作用的特性對材料進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術。與機械加工相比，激光加工具有加工對象廣、非接觸加工、公害小、速度快、可自動控制等優(yōu)點，被譽為“未來制造系統(tǒng)的共同加工手段。

　　近年來，高功率光纖激光器實現(xiàn)了快速發(fā)展，在工業(yè)應用領域已經表現(xiàn)出極佳優(yōu)勢特性，可提供超高的功率密度峰值，能達到幾個MW/mm2量級，這對于工業(yè)激光焊接而言至關重要。

　　02高功率光纖激光器的焊接優(yōu)勢及應用領域

　　相對于其他類型的激光器，高功率光纖激光器具有在極高功率下保證良好的光束質量的特點，能夠實現(xiàn)更大熔深的焊接，且利用光纖傳輸能夠實現(xiàn)遠程柔性加工，在焊接工程領域應用越來越廣泛，日益引起各國的重視。目前，高功率光纖激光器已成功應用于低碳鋼、低合金高強鋼、不銹鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金、鎳基合金等黑色和有色金屬材料的焊接，取得了豐富的研究成果。

　　光纖激光焊接機是以光纖作為工作介質，其激光波長為1.07μm。目前，摻鐿光纖激光器最高輸出功率可達100kW。由于光纖激光波長為CO2激光的1/10，焦點光斑直徑也較小，因此，光纖激光與CO2激光的焊接特性呈現(xiàn)多方面差異，有資料表明這種差異與不同波長激光和材料間的耦合特性相關，具體表現(xiàn)在等離子體和匙孔行為及其耦合作用、材料對激光能量的吸收、焊縫成形及焊接缺陷等。

　　當前，高功率光纖激光器商用的功率達到了幾千瓦級，甚至達到萬瓦級別，這是其它激光器達不到的功率。同時，光纖激光器還擁有相當明顯的技術優(yōu)勢，其光束質量好，免維護，重量輕，而且均采用風冷的方式，運行成本較低，對工業(yè)生產應用環(huán)境應用性強，特別是其加工工藝水平與加工效率更是讓其它激光器望塵莫及。同時，實現(xiàn)自動化，智能化與機械運行機構相結合，顯得柔性更加充足。因而，在高端汽車制造，航天航空，船舶等金屬與非金屬的制造業(yè)中得到廣泛的應用。

　　典型應用

　　國際上選用光纖激光焊接技能應用在在造船、轎車制作業(yè)上。在歐美發(fā)達國家中，大約有50%—70%的轎車零部件都用到了激光加工技能，并以激光焊接和激光切割為主。上海大眾等轎車制作廠也選用激光加工技能焊接車身與箱體等部件。

　　車身焊接的優(yōu)點：

　　車身激光焊接主要有加熱范圍集中且精確可控、焊接變形小、焊接速度快等特點。激光焊接與常見的電弧焊對比，激光光斑直徑可以精確控制，通常照射在材料表面的光斑直徑在0.2-0.6mm的范圍內，且越靠近光斑中心的位置能量越高（能量從中心到邊緣呈指數(shù)衰減，即高斯分布），激光焊的焊縫寬度可以控制在2mm以下。由于激光焊接的能量很集中，從而熔化的材料少，需要的總熱量小，因此焊接變形小，焊接速度快。

　　1）上海大眾轎車制作

　　與傳統(tǒng)的焊接技術相比，大眾激光焊接工藝有所不同，激光焊接技術使不同鋼板之間的鏈接達到分子層面的結合；在焊接后，原不同的鋼板相當于一整塊鋼板。這一技術具有諸多優(yōu)勢，如焊接裝置與焊件無機械接觸，降低對工件的污染；加熱集中，能量密度大；熱影響區(qū)小，產生的熱變形和熱損傷少；焊縫美觀，焊縫強度大；通過數(shù)控，能精確控制能量輸出，焊接速度快，生產率高等。它不僅給車身加工帶來了更高的精度和效率，同時也使車身的剛度及強度得到大幅提升，車輛行駛舒適性、穩(wěn)定性、振動機噪音均得到明顯改善。

　　2）大型船廠加工

　　歐美及日本主要的大型船廠已很多選用激光加工技能，例如美國在最新締造的新型船只上廣泛運用高強度，低合金鋼的T型構件，選用激光焊接技能，使船只的分量大大降低。船體平板為了習慣海洋流力學的需求，都被規(guī)劃成具有雜亂的三維曲率形狀，激光輔佐平板成型技能能夠替代吃力、費時、具有必定的危險性的機械加熱成型技能，運用前景良好。日本的Kawasaki重工等造船公司現(xiàn)已安裝了高功率激光平板切開體系。

　　在船舶制造中，適合進行激光焊接的部位主要有船舶甲板及艙壁，因為船舶甲板及艙壁焊縫平直、長度長，且以平板對接及T型接頭為主，由于美觀需要，其焊縫要求成形好、焊后板材的變形量小，激光焊接當是首選。

　　船舶全位焊接時，激光焊接工藝不僅可以對相同材質進行焊接，還可以對不同厚度材料進行焊接。鋼板激光焊接過程中，出現(xiàn)缺陷會及時報警，以便及時重焊，避免發(fā)生斷帶現(xiàn)象。并且在焊前裝配狀態(tài)及拼縫位置、焊接過程的穩(wěn)定性、焊后焊縫質量等的在線檢測，對可能導致焊接缺陷、拼縫位置偏離等進行預報。

　　在造船過程中，加工的材料大多數(shù)為3~12mm厚的板材，這些板材焊接件由于焊接過程中較大熱輸入而發(fā)生翹曲和變形是傳統(tǒng)造船方法中所面臨的主要問題。在建造船身的時候，約25%的工作量是對船板整形和錘平，需要達到要求的平整度和曲率，這樣才使得船板能固定在一起。

　　激光焊接技術用于造船的主要優(yōu)勢就是低變形。目前，激光焊接結構用夾層板、角型材、T型材、十字型材和對接焊接船板等已經為世界造船界所接受。