突破高功率激光焊接、能焊核反应堆，湖北光谷实验室提出点环光斑光学系统

IT之家近日报道称，随着激光技术的不断发展，激光切割已经进入了5万瓦级的应用阶段，而激光焊接的水平仍然停留在万瓦以下。

尤其是在高功率激光深熔焊接过程中，常常出现焊接缺陷，如飞溅、气孔和裂纹等问题，这限制了高功率激光焊接技术在船舶、核电等高端制造领域的应用。目前，研究表明点环光斑焊接方法可以有效减少这类焊接缺陷。

为实现点环光斑输出，通常需要使用基于特殊结构的点环光纤激光器。然而，同等功率下，点环光纤激光器的价格远高于普通光纤激光器，并且其光斑分布模式有限，只能输出少数预设光斑分布模式，无法输出其他光斑分布模式。

为了解决这一挑战，湖北光谷实验室和华中科技大学光电学院的双聘教授秦应雄领导的团队提出了一项革命性的技术解决方案——点环光斑光学系统。

该团队创新性地提出了基于外光路整形的三维光场调控方案，研发出了基于普通激光器的点环光斑光学系统，设计更加灵活的三维光场分布。通过一块自由曲面铜反射镜，实现了准直、聚焦和整形功能，简化了光路结构，降低了功率损耗。

这种创新方法使得普通激光器能够输出点环光斑，不仅可以根据需求设计点环能量比例、环大小、点环焦平面位置和环类型等参数，以应对复杂工况的要求，而且是国际上首次提出的。这种方法可以更加灵活地解决焊缝裂纹、气孔、飞溅控制和异种金属焊接等方面的挑战。

在总功率为10kW的激光下，点环功率比为8:2的高斯-环模激光实现的焊缝深度达到14.5mm，气孔率为1.2‰。与同等功率的纯高斯模式激光相比，焊缝深度提升了17.5%，气孔率下降了99%。

此外，该技术还适用于高功率焊接头，如20kW和30kW，实现了高质量的熔深焊接。

根据最新公告，点环光斑光学系统在船舶、核电、动力电池等高端制造领域拥有广泛应用前景，可用于实现大型船体结构的精确焊接、电池壳体的高效焊接，以及核反应堆的精密焊接。

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