在脈沖固體激光器發明后不久，大約為1962年前后，美國的TRI公司就開始了激光在焊接方面的應用研究。激光焊接也是最早普及的激光工業應用之一，國內外很多重要的激光應用公司都是從激光焊接起步。乃至現在，激光焊接技術已經成為很多行業的標準工藝，比如汽車、航空和近年興起的動力電池等行業。

近十年來，光纖激光器的出現改變了激光打標、激光切割的產業格局，但是對于激光焊接領域的顛覆尚處于幼兒時期。光纖激光器具有的一些優勢并不適合焊接的要求，比如光束能量過于集中、激光波長短和峰值功率不太高等。準連續（QCW）、光斑可調（如ARM光斑）、衍射光學（DOE）等技術逐漸推進著焊接技術的發展，光纖激光器作為焊接光源成為很多人的默認選項。

無論采用什么樣的激光源，焊接的目的就是將兩塊材料，可能是同種材料，也可能是不同材料，加熱融化，然后重新凝結成一塊材料。

圖1 激光焊接示意圖

焊接本身是一個看似簡單，其實極其復雜的過程（見圖1），其中涉及兩種材料的融化、熔池的形成和混合、等離子氣體的產生、保護氣體的作用，以及重結晶和材料相變等過程。材料溫度從室溫迅速上升到1000多度，然后又迅速降到室溫附近。這一切都在接近千分之一秒的時間內完成。焊接完成的材料具有與原本材料類似或者更好的性能，例如機械強度相當、耐腐蝕性不變等。

如此復雜且多變的過程卻要求保證極高的良品率，除了工藝探索中的反復嘗試和技術創新外，整個焊接過程的優異控制性以及調整能力都是必不可少的。這些要求同樣適用于激光焊接頭，只是簡單地提供聚焦能力是遠遠不夠的，具備精確的控制性和豐富的調整能力才算的上是一個現代的焊接頭。

現代的激光焊接頭已經不再是單純的光機組件，而是融合了光學、機械、傳感、影像、控制、通信、態勢感知和算法等多種功能集于一體的、具備前端智慧的子系統。先進的激光焊接頭應該成為智慧化加工系統的重要基礎。

圖2 激光焊接頭典型結構

典型的激光焊接頭的結構如圖2所示，它包含了大多數先進焊接頭的功能，而實際的激光焊接頭是這個結構的一個合理裁剪版。按照每個功能模塊的相對重要性的順序，這些結構作用和組成如下：

根據上文的描述，列出了以下焊接頭選型表，供對激光焊接頭不太熟悉的用戶使用，以及專業用戶參考。

需要說明的是，該選項表并不針對特定廠家的某一類產品。其中的重要性分為5級：

  1）非常重要意味著必不可少；

  2）不重要指附加功能；

  3）介于中間的重要性代表這一功能對某些應用是有幫助的，對某些應用未必有幫助。

表1 高功率激光焊接頭選項表

現代高功率激光焊接頭已經不再是一個單純的光學聚焦部件，而是融合了諸多先進技術的、具備末端智能的功能單元。能夠提供精確控制能力，并自動適應現代加工對多參數調整的要求是未來高功率激光焊接頭的未來發展趨勢。不同用戶根據自身的加工要求，選擇具備合適功能的高功率焊接頭，遠遠比計較特定參數的高低更為重要。

原作者：徐劍秋 上海交通大學物理與天文學院 教授

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