纯铜具有出色的导热性、导电性和摩擦性能，广泛用于各种工业产品。然而，由于纯铜对近红外光的吸收率低，因此难以用近红外激光进行稳定焊接，如何对纯铜材料进行高质量、高效率的焊接仍然是工业领域的难题。考虑到纯铜对蓝色激光的光吸收率是近红外光的六倍左右，蓝色激光可能有利于纯铜焊接。本文开发了一种1.5 kW的蓝色二极管激光系统，在2 mm厚纯铜板的堆焊过程中观察到了锁孔模式焊接行为。

全文概述

论文使用1.5 kW的大功率蓝光二极管激光器焊接纯铜，并利用高速摄像机观察了2 mm厚纯铜板堆焊过程中的熔化行为。同时计算了热输入效率，研究了输出功率和扫描速度对焊接效率的影响。在热传导型焊接时，熔化效率约为1%，但在过渡到锁孔模式焊接时，熔化效率提高了约5倍。研究表明，在1450 W的输出功率和100 mm/s的扫描速度下，使用蓝色二极管激光器能够实现无飞溅的锁孔模式焊接。

图1.（a）最大输出功率测量值实拍图（b）1.5 kW蓝色二极管激光器的激光功率曲线

图2.（a）激光焊接系统照片（b）实验装置示意图

图3.（a）光斑图像（b）加工点的光束轮廓（c）蓝色二极管激光器的聚焦特征

图4.（a）和（d）为铜板表面、（b）和（e）为垂直截面以及（c）和（f）为纵向截面积的光学显微镜图像，其中（a）、（b）和（c）的激光输出功率为1050 W，（b）、（e）和（f）为1450 W

图5.（a）穿透宽度/深度和（b）熔化效率与输出功率的关系

图6. 输出功率为（a）1050 W和（b）1450 W时纯铜板激光焊接过程的高速观测图片

图7. 输出功率为1000 W（蓝色全圆和全线）、1250 W（橙色空圆和虚线）和1450 W（灰色全圆和全线）时，扫描速度与（a）熔化面积、（b）长宽比（深度/宽度）和（c）熔化效率之间的关系

论文开发出了一套用于焊接纯铜的1.5 kW蓝色二极管激光系统。在纯铜板堆焊过程中观察到了锁孔模式的焊接行为。1.5 kW蓝光半导体激光器的纤芯直径为400 μm，数值孔径（NA）为0.22，最大输出功率为1567 W。计算了热输入效率，研究了输出功率和扫描速度对焊接效率的影响。热传导型焊接熔化效率只有1% 左右，但过渡到锁孔模式焊接时熔化效率提高了5倍。利用高速摄影机观察熔池的结果显示，只有激光照射的区域在热传导模式焊接时熔化。然而，在锁孔模式焊接中，在锁孔周围也形成了熔池，这表明锁孔推动了熔池膨胀。在1450 W的输出功率和100 mm/s的扫描速度下，采用蓝光二极管激光器实现了无飞溅锁孔模式焊接。