直接半导体与光纤激光器的参数对比

图1 直接半导体（左）

与光纤激光器（右）光斑对比图

图 2 ，采用半导体激光焊接低碳钢和不锈钢，典型的焊缝表面形态，半导体激光焊接低碳钢时，表面较不锈钢的焊缝形貌更宽，鱼鳞纹更明显。

图2  (a)低碳钢， (b)不锈钢

图 3 ，半导体激光焊接低碳钢和不锈钢，典型的焊缝横截面形貌形态。可见半导体激光焊接低碳钢及不锈钢的焊缝横截面均不同于传统的“钉子头”形形貌，为典型的“U”形焊缝横截面形貌。

图3   (a)低碳钢， (b)不锈钢

随着功率的增加，焊缝的深度在增加，同时，激光器功率增加也会造成熔宽的增加。

图4

图5 

半导体激光焊接低碳钢和不锈钢焊缝熔深随焊接速度的变化规律如图 5（左）所示。可见该激光焊接两种材料的熔深大体相当，均随着焊接速度的提高而减小。

图6 

半导体激光焊接低碳钢和不锈钢焊缝熔深熔宽随激光功率的变化规律如图 6 所示。可见随着激光功率的增加，该激光焊接两种材料的熔深也大体相当，均随着激光功率的增加而增加。

该激光焊接两种材料的熔宽总体趋势大体相当，均随着焊接速度的提高而减小。但相同速度下，焊接低碳钢的熔宽明显大于不锈钢。这与固定激光功率，变化焊接速度的规律是一致的。由于焊缝上表面激光能量输入大，冷却速度相对较慢，焊缝横截面呈典型的上宽下窄的形貌。其中低碳钢的热导率明显大于不锈钢，这可能是两种材料熔宽差异较大的原因。

图7

由于焊接热影响，热影响区晶粒发生回复和再结晶，形成晶粒尺寸略大的沿轧制方向的晶粒组织。造成焊缝不同区域组织的差异主要与凝固过程中的温度梯度大小有关，在焊缝中心区域由于冷却速度较快，熔池中心温度梯度小，因此形成细小的等轴枝晶组织，而越靠近熔合线附近，温度梯度越大，晶粒沿与熔合线方向垂直向焊缝中心生长，形成略微粗大的柱状晶组织。

图8 

该图为上述激光焊接横截面中心区域的显微硬度分布。可以看出：焊缝的显微硬度并没有显著的差异，其接头没有出现明显的软化现象。

图9 穿透焊缝拉伸形貌与样品断口形貌

图 9可见拉伸样品断于母材，与焊接速度无关。在扫描电镜下观察拉伸样品的断口形貌，可发现断口由许多细小的韧窝结构，为典型的韧性断裂。

图10 

由此可以得出：直接半导体激光器的焊接应用是一个相对比较新的应用，相对光纤激光器而言，直接半导体激光器具有光斑质量更均匀，焊接效果更好等优点。