伴随着电动汽车市场需求的不断增长，蓝光激光在红外光纤激光无法完成的关键部件的铜铝焊接作业中脱颖而出。动力电池和其他先进的消费类电子产品一样，需要采用新颖的工艺来连接不同的金属。

Prima Power Laserdyne 的智能防护喷嘴组件使用清洁的压缩空气来保护镜头盖滑轨，同时提供保护气体来确保焊缝免受氧化。

工业激光器将继续在千瓦的高功率范围不断发展，而供应商也越来越意识到：需要开发更加人性化的功能，来把这些设备无缝地集成到工业4.0的生产系统中。

特殊的蓝光

Nuburu公司的蓝光系统已经在金属加工领域，特别是铜的焊接方面取得了突破性进展，并且迅速超越红外激光器相对较低的焊接能力，得到了市场的认可。锂离子电池的焊接是Nuburu的技术特色之一，但Nuburu的蓝光激光技术才是解决传统材料加工问题的关键。

NuburuInc，作为一家百年企业，于2015年4月启动研发计划、并于2017年底推出了其首款产品AO-150，这是一款主参数为150W、450nm的直接二极管激光器。该产品因其新颖的光电技术创新而获得SPIE棱镜奖的提名，该奖项一般授予在超处理速度、焊接和光束质量等光电技术方面具有重大创新的产品和企业。

Nuburu的设备显示出了比红外光纤激光器快2至10倍的处理速度，因为其吸收了65%的蓝光波长，而红外光纤激光器则仅吸收了5%的红外光，因此Nuburu的设备可以在铜上进行更清洁的焊接。据该公司称，该装置在不锈钢、镍、钛、铝、黄铜和金等材料的加工上，吸收率也要比常规高出三至二十倍。“所有金属在蓝光范围的吸收率都很高，”公司联合创始人兼首席营销和销售官Jean-MichelPelapra表示，“因为蓝光可以更有效地耦合波长，所以加工所需要的能量要少得多，但传热能力却非常强，可以无飞溅焊接金属，让焊缝中没有孔隙、也没有缺陷。”

用红外激光来进行锁孔焊接需要很高的峰值功率，焊接过程中常常会产生因汽化反应导致的气泡和气孔，从而削弱焊接的机械强度和电气性能。而Nuburu高达600W的清洁焊机解决了这一问题，Pelaprat解释道：“蓝光激光的连续波半导体能量是由光纤耦合，并通过光纤传送的，其光电转化效率约为25%，具体数值取决于氮化镓半导体的性能，这有望在效率上最终超过光纤激光器。”

锂离子电池需要大量的铜与铜、铝或不锈钢之间的导电焊接、锁孔焊接，此外还需要把铜和铝箔分别焊接在阴极和阳极上。红外激光在加工过程中时常产生裂缝，造成加工问题。蓝光焊接后的无气孔及其他缺陷的焊缝，意味着使用蓝光焊接加工的电池内部的电阻更低，热力消散更少，并且不会产生危险的热点，同时让使用更薄的金属成为可能，从而改善了电池的能量交换和能量密度。

除汽车、航空航天、消费类电子产品和医疗保健领域的储能应用以外，Nuburu激光器还正在寻找其他适合的应用领域。AO-150具有切割，钎焊，包覆甚至“打印”吹制粉末的能力，该功能可用于制造航空航天组件或髋关节和膝关节植入物。该公司计划在今年晚些时候发布AO-500，即AO-150的500W版本。

Nuburu 生产的 150W AO-150 蓝光被铜吸收的比率为 65％，而红外光吸收率仅 5%。

德国的Laserline公司也加入了蓝光焊接的潮流，Laserline在美国西部光电展上就展示了一台450nm激光器的原型机。Laserline的LDM500-60blue蓝光激光器额定功率为500W。该公司销售经理OlegRaykis表示，Laserline打算在开始执行系统的销售计划之前，将与客户合作进行项目概念的验证。

功能拓展

Laserline以为汽车钎焊提供的二极管激光系统而在业内闻名，该公司还展示了用其19英寸（483mm）机架安装6kW光纤传输单元。Raykis称：“据我们所知，这是市场上最紧凑的光纤传输单元，”该系统基于LaserlineLDM平台，结合了经典的传导焊接、硬化和移动维修功能。

Raykis还指出，大约两年前，汽车制造商开始从电镀锌钢转向热浸镀锌，原因是在使用传统的钎焊方法时会产生飞溅和粗糙的焊缝。Laserline的解决方案是使用多光斑模块，该模块将两个小光束和一个大光点结合在一起。在生产过程中，这两束小光束先从材料表面去除锌，然后再与大光束一起熔化铺设的铜硅线。光束之间的功率和距离可调，并且该装置还可以改装为经典的Laserline激光系统。

进一步的研究表明：多点模块和Laserline的标准OTS-5光学器件可以协同工作，从而可以在较大光束中移动三点中的两个较小光束，并通过使用铝锰丝代替铝硅丝来改善铝焊缝。“这增加了焊缝的硬度，使加工速度提高了20%，”Raykis介绍。目前首批系统正在OEM工厂进行测试。

该公司还发现了其混合激光器的一种新用途，它能实现三种模式：二极管、转换器和转换器源与二极管源的组合使用。这些光束通常用于混合切削，退火或软化工艺，这些工艺可以彼此叠加，以较平滑的焊缝快速焊接铝。

纳秒脉冲焊接技术，是大约三年前由通快（Trumpf）旗下的SPILasers品牌率先提出的另一种焊接电子产品中不同金属的方法。“这些金属的熔化温度和性质差异很大，”SPI的销售副总裁RichardHendel表示：“使用该工艺，不会产生脆性金属间化合物的传统熔池。”

将高峰值功率和相对较短的脉冲焊接在一起，可以在诸如铜和铝之间的连接处形成机械粘附力和电接触。Hendel表示，虽然消费类电子产品是SPI的重要用户，但电动汽车将是一个新兴的市场。该市场起始于低功率光纤激光器（约70W），“如果尝试用连续波激光器焊接同样的焊缝，则需要500W，甚至1000W的功率。SPI已经发布了一个200W的系统，将本来就很短的节拍又缩短了一半。

“我们的redENERGY激光器可产生3纳秒至2微秒的脉冲”，SPI的美国和巴西东部地区经理ColinNolan补充道。“如果可以用1064nm的光束实现的话，那我们就可以做到。”

SPI Lasers 推出的新型 redENERGY 200W 风冷光纤激光器

以前需要使用绿色或紫外线激光器执行的应用程序现在可以使用SPI的激光器完成。“去年我在卡普顿（kapton）进行了微加工，之前这一直是绿色或紫外线激光器的应用范围。但是我可以将脉冲降到3纳秒，加工起来就能毫不费力。所以我们正在研究一些以前无法完成的事情，比如聚合材料的加工。”

缩小差距

为了提高钣金应用中的导热性和深熔焊深度，通快公司于2017年中左右在北美推出了命名为FusionLine的焊接系统，“我们仍在探索该系统的更多用途”，销售工程师BrettThompson表示。

通快碟片激光器的光束传输选项，让制造商能够应对那些大于常规激光实现范围的焊接间隙。通过将两个光束直径范围（一个正常的和一个较大的光束）和所需的焊丝结合起来，FusionLine系统帮助OEM公司弥补了传统焊接技术与激光焊接技术之间的另一个空白。

“我们有正常的焊接束直径，然后是次级束直径。”Thompson谈到该工艺时说，“我们在光束的传送方面越来越有创意，因此我们可以使光点尺寸远大于普通的焊接光束。”在焊接失败的情况下，如果零件被烧毁，FusionLine系统可以让用户的焊材(随大光束一起流动，或者在光束中热点位置注入焊丝。

“我们有正常的焊接束直径，然后是次级束直径。”Thompson谈到该工艺时说，“我们在光束的传送方面越来越有创意，因此我们可以使光点尺寸远大于普通的焊接光束。”在焊接失败的情况下，如果零件被烧毁，FusionLine系统可以让用户的焊材(随大光束一起流动，或者在光束中热点位置注入焊丝。

“我们的目标是让钣金制造商直接从TIG或MIG焊接过渡到激光焊接，免去进行大量开发工作。”他表示。FusionLine有助于立即将公差从0.004转换为0.01″（0.1016–254mm）。

“在FusionLine上不必使用线材。”Thompson讲道，“你可以在没有金属丝的情况下桥接更大的缝隙，而且这比只用正常的光束直径要大得多。我们可以制造出更大的光束，从而把不同的材料焊接在一起。”

使用不带导线的导热工艺，例如针对2mm厚的材料的加工，Thompson说到，“通快可以实现比TIG更高的焊接速度，同时获得更美观的焊缝，且无需进行任何返工。”FusionLine的焦点在金属薄片的上方，热量从金属的顶部传导到底部，形成一个圆形。同时，通过采用更进一步的深层渗透工艺，Thompson表示：“您可以得到150-200ipm[3810-5080mm/min]的焊接速度。”

此外，由于零件受热较少，OEM公司可以使用高碳和高强度的钢材来减少材料厚度。制造商可以使用比A36等低档钢材贵10%的优质钢材，从而减少40%的材料厚度。

对于外观美学要求比较高的行业，例如高端厨房设备，制造商们可能会因FusionLine获得较大收益。针对顶级的产品系列，Thompson认为：“这些行业的客户对质量有一定的期望，手工打磨TIG焊接并使半径看起来一致是很困难的。而激光焊接将会确保工艺的可重复性和一致的优质结果。”

对于OEM和车间而言，最终价值取向是采用更高效的工具，Thompson谈到，“可以免去花费大量时间重新设计让产品去适应激光焊接要求。FusionLine所提供的改变光束方法是‘完全整合且无缝’的，并可被编程成在纳秒范围内打开和关闭的。”

感受力量

高功率激光器为激光焊接提供了新的方法。根据PrimaPowerLaserdyneLLC（位于：美国明尼苏达州，钱伯纳）的应用工程和技术开发高级经理MohammedNaeem表示，“千瓦级的激光焊接是工业激光材料加工中增长最快的应用之一。它正在取代传统的焊接工艺，围绕激光焊接能力的提升开发新的设计。这里主要的挑战是开发利用高功率激光的稳健方法。”

为此，Laserdyne正在开发气体保护、减少羽流和光束成型的方法，还有具有扫描头和填充材料的焊接技术。该公司的SmartRamp和SmartShield智能技术解决方案套件，增强了其2D和3D系统的功能。

更具体的解释，智能技术是“通过最新的硬件和软件开发而实现的专用处理技术，从而让LaserdyneS94P在控制系统中对激光、运动、过程气体和过程传感器进行先进的集成控制”，Naeem解释说。

为了防止焊缝缺陷，Laserdyne的SmartRamp焊缝轮廓控制“很大程度上减少了由焊缝端点缺陷（凹陷/焊缝底切，气孔）触发的后处理检查，并免去了焊缝末端的人工返工，”他表示。这些工艺对于关键部件至关重要：特别是在航空发动机中，对于这些重要部件而言，焊缝底部不能产生填充或底切。

与此同时，SmartShield激光焊接和聚焦光学保护模块是“附上了一个带有交叉射流的喷嘴组件，该组件使用压缩的车间空气来保护透镜保护盖玻片，并提供保护气体：如氮气或氩气，从而保护焊缝免受氧化。”

Naeem表示，与其他交叉喷射焊接头不同，“SmartShield不会将用于交叉喷射和焊接保护的气体混合在一起”。该交叉喷射喷嘴可全程与保护气体输送装置，包括焊靴和同轴气体喷嘴头一起使用。聚焦透镜和保护气体组件可以快速更换从而改变聚焦点的大小。这使得那些航空航天业的镍和钛合金材料的焊接加工也变得容易起来。”