此外，集成的全過(guò)程監(jiān)測(cè)技術(shù)，如相干成像技術(shù)（ICI）允許在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)收集大量信息，幫助制造商嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。這些驅(qū)動(dòng)型技術(shù)正在共同促進(jìn)無(wú)缺陷激光焊接技術(shù)在各行各業(yè)的先進(jìn)應(yīng)用中快速采用。

標(biāo)準(zhǔn)焊接頭被設(shè)計(jì)成將準(zhǔn)直的激光束聚焦到所需的光斑尺寸，并在光束傳輸過(guò)程中保持光束路徑呈靜態(tài)，在焦平面上呈現(xiàn)一個(gè)靜態(tài)光斑。這種標(biāo)準(zhǔn)配置，導(dǎo)致每種設(shè)置僅限于面向特定的應(yīng)用。相比之下，擺動(dòng)焊接頭在標(biāo)準(zhǔn)焊接頭內(nèi)整合了掃描振鏡技術(shù)。通過(guò)用內(nèi)部反射鏡來(lái)移動(dòng)光束，焦斑不再是靜態(tài)的，并且可以通過(guò)改變各種圖案的形狀（圖1a）、振幅和頻率來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)。光束速度Vc可以由擺動(dòng)頻率f和擺動(dòng)直徑D控制，Vc＝π D f。

圖1：擺動(dòng)模式（a）和環(huán)形擺動(dòng)圖案（b）

提供最佳結(jié)果的頻率設(shè)置取決于光斑尺寸、擺動(dòng)直徑（以及因此產(chǎn)生的圓周速度Vc）和線性焊接速度。雖然有效的光束速度也取決于焊接的線速度Vw，但在大多數(shù)情況下，光束速度Vc遠(yuǎn)高于決定焊接動(dòng)態(tài)的焊接速度Vw（圖1b）。此外，這種焊接技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的同軸噴嘴和輔助氣體端口兼容，這能夠抑制焊接時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸氣，并有助于抑制等離子體云，控制飛濺產(chǎn)生，這些飛濺技術(shù)與遠(yuǎn)程焊接中使用的掃描頭不兼容。

當(dāng)使用較小的光斑時(shí)，這種擺動(dòng)焊接方法的益處更加明顯。當(dāng)使用近紅外（NIR）波長(zhǎng)時(shí)，較小的光斑實(shí)現(xiàn)了巨大的功率密度，克服了諸如銅和鋁等材料的高反射率，從而形成具有寬加工窗口的穩(wěn)定匙孔，并且在使用最佳擺動(dòng)參數(shù)時(shí)，避免了氣孔和裂紋的產(chǎn)生。這為1μm光纖激光器在電動(dòng)汽車和電池制造領(lǐng)域開(kāi)辟了新應(yīng)用，消除了對(duì)倍頻綠光激光器的需求。

連續(xù)焊

隨著新電池技術(shù)的發(fā)展以及電池容量越來(lái)越高，電池制造行業(yè)對(duì)焊接技術(shù)的需求正在不斷提升。電動(dòng)汽車尤其是這一趨勢(shì)的主推手，汽車行業(yè)及汽車供應(yīng)商正在尋找穩(wěn)健、高效的焊接工藝，以大批量生產(chǎn)銅鋁接頭，這種接頭在電動(dòng)汽車（EV）電池和電力存儲(chǔ)產(chǎn)品中有著廣泛需求。

激光焊接銅和銅合金所面臨的挑戰(zhàn)，主要源于材料的兩個(gè)主要物理屬性——對(duì)大多數(shù)工業(yè)級(jí)高功率激光類型的低吸收率，以及在加工過(guò)程中的高導(dǎo)熱現(xiàn)象。固體銅對(duì)近紅外激光的吸收，在焊接剛開(kāi)始時(shí)非常差，僅為4%，因此將光耦合到材料中非常困難。采用較短波長(zhǎng)（如532nm的綠光激光器）可以提高銅對(duì)激光能量的吸收，但是在這個(gè)波段，達(dá)到深熔焊所需要的高功率或是經(jīng)過(guò)工業(yè)驗(yàn)證的激光器，目前還不完備。

單模和低階模近紅外1μm光纖激光器為此提供了答案，這些激光器可以將光斑聚焦到20μm的小光斑，1kW單模激光器能實(shí)現(xiàn)超過(guò)1MW/cm2的功率密度。利用這種高功率密度，可以迅速克服材料對(duì)激光的吸收不足，熔融銅或蒸發(fā)銅的吸收增加到60%以上，以建立穩(wěn)定的匙孔。

銅焊接中的另一個(gè)問(wèn)題是不穩(wěn)定性，因?yàn)槿刍饘俚牡驼扯群捅砻鎻埩?，在低速焊接時(shí)會(huì)導(dǎo)致飛濺和氣孔。[1] 將速度增加到超過(guò)10m/min，以最小化這些不穩(wěn)定因素，形成穩(wěn)定的焊接過(guò)程。然而，這意味著最好的焊接參數(shù)在傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（如機(jī)器人）達(dá)到極限的范圍內(nèi)。此外，熔深隨著速度的增加而減小，而且焊縫變得非常窄。這必須要通過(guò)增加激光功率來(lái)補(bǔ)償，而增加功率則需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更高的資本投資。

新的工藝研究表明上述現(xiàn)象可以避免，穩(wěn)定焊接過(guò)程不僅僅可以通過(guò)增加焊接速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且還可以通過(guò)動(dòng)態(tài)定位激光技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如用擺動(dòng)焊接頭實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的焊接。[2]這種擺動(dòng)技術(shù)允許以低線性焊接速度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接，并且對(duì)熔深影響最小。例如，只利用一臺(tái)1kW單模光纖激光器，便可以獲得熔深達(dá)1.5mm的高品質(zhì)銅焊縫（見(jiàn)圖2）

圖2：用單模光纖激光器焊接三根扁平的1100銅線

同樣的技術(shù)也可用于高亮度多模激光器，并已廣泛用于改善鋁制外殼（圖3a）的焊接質(zhì)量和焊接一致性。溫度和冷卻速率的變化梯度比傳統(tǒng)的激光焊接慢，這有助于消除缺陷和抑制飛濺產(chǎn)生。比較用標(biāo)準(zhǔn)焊接技術(shù)和擺動(dòng)焊接技術(shù)焊接5000系列鋁外殼（圖3b），使用的功率同為3.5kW，比較顯示，擺動(dòng)焊接可實(shí)現(xiàn)更為穩(wěn)定的無(wú)氣孔焊接。焊縫熔深為2mm，可以明顯看出在整體焊接質(zhì)量方面，擺動(dòng)焊接技術(shù)更勝一籌。

圖3：焊接1100和3003鋁電池外殼（a）。用擺動(dòng)焊接技術(shù)（左）和非擺動(dòng)焊接技術(shù)（右）獲得的5000系列鋁制外殼的焊接質(zhì)量（b）。