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激光焊接技術突圍戰!大族激光有何見解?

激光焊接技術突圍戰!大族激光有何見解?

2025/3/26 10:02:23

激光焊接技術作為現代精密制造的核心工藝,憑借高能量密度、精準熱控和非接觸加工特性,在新能源汽車、半導體、航空航天及電子領域展現不可替代性,已成為先進制造競爭力的核心指標。

光源破壁:國產高功率激光焊接技術競速戰

在全球制造業智能化轉型加速的當下,激光焊接技術正成為重塑工業制造格局的顛覆性力量。面對新能源汽車電池封裝、航天精密部件制造、半導體微型化裝配等領域對焊接工藝的極限要求,傳統焊接技術已顯露出熱影響區大、材料變形率高、能耗超標等致命短板。

據統計,2024年中國激光焊接成套設備市場銷售收入突破165億元,同比增長43%,成為驅動激光設備市場發展的重要力量。據國際制造聯盟預測,未來五年全球高精度焊接需求將激增300%,而采用激光焊接可使生產效率提升5-8倍,良品率突破99.5%的行業瓶頸,單件能耗降低40%以上。特別是在新能源革命催生的萬億級賽道中,動力電池的焊接質量直接決定電動汽車安全性與續航能力,激光焊接技術已成為頭部企業構建技術護城河的核心壁壘。當前,德國、日本等制造強國已將該技術列為國家戰略專項,我國"十四五"高端裝備規劃更將其列為"卡脖子"技術攻關重點。這場由激光焊接引發的制造革命,正在倒逼全球產業鏈進行顛覆性重構——不是選擇,而是生死攸關的必然抉擇。

在焊接光源領域,由于藍、綠光等短波長激光對高反材料加工具有天然優勢,因此成為高端焊接領域主流光源。但受技術與材料的限制,國產藍綠激光器無論是激光功率、光束質量還是使用壽命等,在很長一段時間內都處于較低水平,市場高端焊接光源主要采用德國Laserline、日本Nichia、美國IPG、德國通快等企業產品。

有鑒于此,身為激光行業“龍頭”的大族激光早早開啟了短波長激光器技術領域的布局。2023年12月, 廣東省科學技術廳發布《廣東省重點領域研發計劃項目驗收書》(粵科資字〔2020〕76號),標志著“大功率藍光半導體激光器與應用”項目成功驗收,更是彰顯了大族激光對高端激光核心技術的創新能力與研發決心。

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在此背景下,大族激光在2025年上海慕尼黑光博會上,正式對外發布紅綠藍多元焊接系列新品,為國內半導體、新能源、機械制造、消費電子等企業提供全新的焊接光源選擇。

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光譜革命:“藍颶”雙色激光破界賦能精密智造新紀元


在精密制造向多材料復合、跨尺度加工加速迭代的進程中,紅藍一體激光器憑借雙波長協同輸出的獨特優勢,正在重構高端制造的工藝邊界。相較于單一波長激光設備,紅藍復合光束通過1080nm(紅外)與450nm(藍光)的波長耦合,實現了對金屬、聚合物、陶瓷等異質材料的高效協同加工——紅光憑借高穿透力完成深層加工,藍光則以高吸收率實現高質量熱導焊接,二者能量配比實時可調的特性,使單臺設備即可滿足復雜工件的全流程加工需求。

大族激光推出的“藍颶”紅藍一體激光器以其創新的設計和先進的技術,成為了一款顛覆性的產品。它融合了最尖端的半導體激光技術,將紅光與藍光合二為一,從而實現了超高功率輸出與雙高亮度的驚人表現。這一設計不僅顯著提高了激光器的整體輸出效率,更賦予了它在各種應用場景下無與倫比的優勢。

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在對2mm紫銅進行疊焊時,采用傳統光纖激光器焊接會產生外觀差、焊接飛濺大的缺點,而采用藍光-光纖激光復合焊工藝,對2mm紫銅進行疊焊,可以得到外觀光滑、深度3mm的焊縫;在電機發卡焊接過程中,采用藍光-光纖激光復合焊接工藝對1 x 5mm2電機發卡焊接,大光斑藍光提高間隙兼容能力,同時材料對激光吸收率進一步提高,焊接穩定性好;在對1.3mm多股銅線(單股線0.4mm)熔球工藝中,激光能量過大時容易產生擊穿、飛濺等問題,而使用藍光復合焊接工藝,大光斑使得焊接過程極為穩定,同時焊接效率更快。

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△(左)藍光-光纖激光復合焊 (右)光纖激光焊接

面對全球制造業對柔性化、綠色化生產的迫切需求,紅藍一體激光器的國產化突破,不僅意味著中國高端裝備自主可控能力的躍升,更將推動制造范式從“單一波長功能局限”向“光譜智能適配”的跨越,為工業4.0時代的智造生態注入核心動能。


綠刃出鞘:破冰高反材料智造困局與國產替代加速度

在全球精密制造加速向高反材料(銅、鋁、金等)加工領域聚焦的當下,綠光激光器以其短波長、高吸收率的獨特優勢,成為新能源電池極耳焊接、半導體封裝、光伏組件精密加工等關鍵工藝的核心裝備。然而,這一戰略性技術長期受制于國際巨頭壟斷,國產設備在功率、穩定性、工藝成熟度等維度與國際水平存在代差,不僅制約國內高端制造業的迭代速度,更威脅產業鏈安全。


在此背景下,國內激光領域龍頭企業——大族激光緊扣市場發展趨勢,展現激光領軍企業創新技術和最新作為,在國內率先開展了大能量、高峰值的長脈沖綠光激光器研發,迅速突破峰值功率1.5kW的技術指標,并在該激光器平臺上開展了大量的應用工藝研究,改善國內長脈沖綠光激光器應用工藝開發落后現狀。

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大族激光研發的長脈沖綠光激光器具有單脈沖能量大、峰值功率高等優點,非常適合于銅、金等高反材料的焊接。針對倍頻效率低的問題,大族激光開展了諧振腔結構參數的設計及優化工作,通過嚴格計算和實驗研究,開發了一套具有優異熱穩定性的諧振腔結構。該激光器整機系統工作穩定可靠,獲得的激光倍頻效率大于35%。此外,為了保持功率穩定性,大族激光獨立開發了輸出激光直接探測的反饋系統,通過對反饋光路的優化和反饋控制電路的重新設計,獲得了較高反饋精度,整機的輸出功率穩定性達到了±1.5%。

從大局來看,大族激光等領軍企業的技術突圍,標志著國產替代步入“深水區”。通過攻克長脈沖綠光激光器的峰值功率限制(突破1.5kW)、倍頻效率提升(>35%)、功率穩定性優化(±1.5%)等硬核技術,國產設備已具備與IPG、通快等國際品牌同臺競技的實力。更重要的是,國產化帶來的不僅是技術自主,更是產業鏈協同創新的生態重構——從激光晶體材料、光學元件到控制系統,全鏈條技術壁壘的突破將激活國內精密光學產業的“鏈式反應”,為半導體設備、航空航天等更高附加值領域奠定基礎。

在碳中和目標倒逼能源革命、全球制造業競爭轉向“技術主權”的今天,綠光激光器的國產化已超越單一技術范疇,成為大國博弈中搶占智能制造制高點的戰略籌碼。唯有實現核心光源的自主可控,才能在全球高反材料加工賽道上,將中國制造的量產優勢轉化為技術定義權,真正筑牢從“制造大國”邁向“智造強國”的根基。

雙環智焊:凹型數字環QCW重構精密制造邊界

在傳統激光焊接過程中,由于存在板件間隙大、來件表面油污灰塵、激光能量密度高斯分布特性等因素,很容易產生焊接飛濺等問題,不僅影響焊接質量,還會對焊接設備造成污染和損壞,這在一定程度上影響了激光焊接技術的推廣。另一方面,在部分高溫銅合金焊接過程中由于材料高導熱率產生的熱變形也是影響激光焊接技術發展的“痛點”之一。


針對上述激光焊接存在的痛點,大族激光結合環形激光與QCW激光的優勢,推出凹型數字環QCW激光器。該款產品具有峰值功率高、穩定性高、光電轉換效率高、抗高反能力強等優勢,可以在幾毫秒內提供10倍于平均功率的激光,保持高穿透力的同時大幅降低熱影響,非常適合精密零部件的焊接。

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大族激光發布的該系列產品通過雙光束同軸能量調控技術,有效解決了傳統激光焊接的行業痛點:其一,抑制飛濺難題,中心光束聚焦深熔焊、外環穩定熔池的設計,將銅/鋁合金等高反材料焊接飛濺率降低90%以上,避免了金屬顆粒污染工件和精密元器件損傷;其二,突破熱變形瓶頸,環形能量分布使熱影響區減少30%-50%,尤其適用于動力電池極耳、IGBT芯片等熱敏感部件的精密加工;其三,提升工藝兼容性,內外環功率獨立可調的特性,使單臺設備可滿足預熱、焊接、后處理等多工序需求,焊接效率提升40%。

小結

大族激光此次新品發布,標志著國產激光器在短波長領域實現對國際品牌的全面技術對標;廣東省科技廳驗收的“大功率藍光半導體激光器與應用”項目成果落地,進一步鞏固其在高端激光裝備的全球話語權;其全球首創的超高功率與雙高亮度特性,不僅彰顯了公司在激光技術領域的領先地位,更為未來科技的發展指明了方向。

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黃莉
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