又一个可节省百万成本的激光焊接方法来了：激光焊接应用中的可调环塑形

快速激光焊接可以通过使用中央激光照明环和轮廓来实现，环和尖端之间的能量比可调节，以优化工艺。本文提出了一种基于衍射的新简单概念，用于从传统光纤激光器中获得这种可调谐图案。该模块在中心位置从 100% 能量旋转到零能量，能够处理单模和多模激光器，非常紧凑（长度小于 20 毫米），并具有高 LDT 和无源衍射元件。这一概念使得特殊的光纤激光环变得多余，从而简化了焊接激光头的设计。

激光焊接是一种广泛应用于汽车、船舶、电池和其他行业的许多工业过程中的技术。在许多激光焊接应用中，焊接速度正迅速成为工艺的主要障碍。一个例子是在不断扩大的移动市场中进行焊接，其中激光用于焊接电池触点，高速焊接提高了生产率并节省了电池产量。另一个例子是汽车行业对快速且具有成本效益的激光焊接的需求不断增长，因为能源效率要求迫使制造商使用更多的铝和需要更多的更复杂的材料。机身采用激光焊接。

对更高焊接速度的需求增加了低成本、高功率近红外光纤激光器的可用性。

这些激光的存在被转换成电流，实际上不再限制焊接速度。相反，已发现激光焊接的速度受到高速焊接中常见的几种物理现象的限制，例如飞溅、凸起和焊缝孔隙率增加。

发现这些现象通过使用由一个由一个环包围的中心组成的特殊照明分布而显着减弱，该中心与周围的环之间具有特殊的功率比。焊接工艺的不同参数，如金属厚度、金属类型和几何形状，需要不同的条件才能实现最佳的快速焊接工艺。因此，许多系统集成商受益于提供受控和可调功率功率比的解决方案。

基于纤维的轮胎和点铸解决方案：优点和局限性

创建环形和中心点光轮廓的最常见方法是使用特殊的双核或三核多模激光激光器。中心核心被一个或两个同心环形核心包围。每个核心都可以单独调整激光功率，以使介质中的功率与周围的混合物相匹配。然后将起始光纤直接映射到工作表面以获得所需的照明轮廓。

这些光纤激光器的主要优点之一是不需要外部压缩光学元件 - 整个成型过程由光纤激光器控制。只需将光纤准直器连接到适配器，光束即可使用，具有计算机化的强度分布控制和实时调整，可实现快速、无误差的焊接。

但是，这种方法存在几个问题，使得基于光纤的可调谐环路不是最理想的：

首先，这种激光系统使传统的高功率多模激光激光器复杂化并增加了成本。其次，这种光纤的大数值孔径意味着需要特殊的准直器，这通常需要比当今光纤激光器中使用的标准焊接光学器件更大的光学器件。最后，中心和混合物之间的联系通常是有限的。为了获得点焊的功率，需要增加环内的功率，因为​​中心铁芯只能承受典型下限6-8千瓦的功率。这意味着除非使用定制的光纤纤芯，否则大部分功率会被引导到中心，而只有部分功率会被引导到环，这是一个非常有用的设置，在全激光功率下是不可用的。

本文介绍了基于光纤的环形和点设计的替代方案，该设计可实现完美的功率比调整，并提供相对简单、廉价且易于理解的光学概念。该方法基于衍射光学，由添加到系统中的外部光学模块组成。这种方法为已经拥有多千瓦光纤激光器并希望使用新选项升级其焊接系统的激光系统集成商以及新焊接系统的开发人员提供了出色的解决方案。他们需要光纤生产解决方案无法提供的性能。

所提出的衍射方法是在 Photonics Views 的早期出版物中开发的，题为“可调谐功能波束形成方法”，该研究探讨了几种可调谐波束形成概念，包括基板孔径处的波束形成。中间可调。当前概念是本文中描述的概念的修改版本，针对具有更好浊度特性并与真正的激光焊接公差兼容的应用进行了更好的优化。

衍射可调环形成器

衍射建模解决方案由位于同一光轴上的两个相同的二元衍射元件（也称为相位板）组成。每个单元的透明圆形孔径被相等数量的方位角分段。其中一半是透明区域，另一半具有衍射二元光束的光学功能，台阶高度为π弧度。

由于两种状态之间的旋转中间状态，一部分能量在中心环中流动，其余在中心环中流动，这是一个由旋转角度决定的连续可调的比率。中心和外围的总功率传输效率总是从仅在中心的约 100% 到仅在外围的约 80% 变化。效率的损失延伸到更高的衍射透射率，并且在更宽的角度可以看到二级轮胎。

整个范围发生在一个旋转角度，在本例中为 15 度，并且是不连续的（即连续旋转以相同的方式改变大小）。中间范围内的效果随旋转角度非线性变化。

可调谐衍射环方法的优点

与市场上现有的基于光纤的解决方案相比，基于衍射的技术具有许多优势。这使您可以控制总光斑面积和光环之间的功率比，这与基于光纤的解决方案不同，具有有限的定制和额外的好处。

由于其简单的概念，该模块可以适应多千瓦激光器中常用的宽光束（直径 15-22 毫米）。光学器件可以安装在预制的手动或电动转盘上以创建光学模块。这些模块可以放置在激光准直器后面的光轴上，或者更好的是直接放置在激光头或扫描系统的入口处。这些配置允许焊接光学器件与传统的多模光纤激光器兼容，而无需大数值孔径和更大、更昂贵的光学器件，例如光纤激光环。电动转盘的整个调整范围需要几毫秒，因此可以根据过程的需要调整强度。然而，控制功率比通常只在焊接过程的优化阶段很重要。一旦确定了工艺参数，可调环和尖端成型模块可以用被动 DOE 代替，该 DOE 具有调整后的环与尖端功率比，被认为是特定焊接工艺的最佳选择，从而提供更紧凑的设计和更便宜的价格。

可变衍射设计的另一个优点是能够使用单模激光器。与环形光纤激光器不同，环形光纤激光器总是多样化，因此不会集中在具有可接受数值孔径的小区域内，衍射模量能够在保持强度的同时产生小的环形光斑。平均的。可调整的时间条件始终可用。此功能对于使用单模输入光束进行铸造特别有用，因为限制过程速度的因素通常不是单模光纤的功率，而是通过移动光纤的一部分而减少的冲击、气穴和其他问题l 激光能量到环形区域周围的区域。