激光加工过程中发生了什么？

借助同步辐射技术，焊接过程如今能够以空前清晰的细节被实时观测。弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）与亚琛工业大学激光技术教席的研究团队正在德国电子同步加速器（DESY）开展实验，让蒸气毛细孔、熔融流动及缺陷等现象首次显形。这项突破不仅优化了电池与微电子器件的生产工艺，更为新材料研发开辟了新路径。

如何用同步辐射变革工业流程

在弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）与亚琛工业大学激光技术教席的牵头下，汉堡德国电子同步加速器内的跨学科团队“激光遇见同步辐射”正致力于攻克能催生工业创新的基础科学难题。除上述机构外，该联盟还包括埃尔朗根-纽伦堡大学、斯图加特大学、伊尔梅瑙理工大学及维也纳工业大学等知名学府。

位于汉堡德国电子同步加速器的“激光遇见同步辐射”研究团队由多个研究机构和高校成员组成

来自亚琛工业大学的项目经理Christoph Spurk负责统筹系统、激光器及光学组件的运输安装，并向由物理学家、IT专家、材料学家及机械工程师组成的研究团队分配任务。研究人员采用三班倒24小时工作制，在七天内完成了总计700项不同实验。这些实验深入探究焊接、钻孔与切割等工业激光加工过程，帮助团队更透彻地理解材料特性与行为，最终实现工艺优化。借助同步辐射，研究团队能实时呈现真实的激光加工过程，观测蒸气毛细孔、熔体流动乃至气孔形成等微观现象。

研究团队通过高分辨率成像技术，首次完整记录了蒸气毛细孔形成及熔体流动的动态过程。这一技术突破，为高功率电池焊接工艺的优化提供了关键依据

为工业与研究优化的激光加工技术

研究表明，通过精确调控激光参数可显著减少应力裂纹，将孔隙率降至最低并提升导电性能。研究团队首次以高清成像捕捉到常导致加工缺陷的蒸气毛细孔与熔体流动现象，据此优化了高功率电池的焊接工艺。

在DESY Petra III同步辐射光源P61A束线上搭建的相位对比视频成像实验装置

同步辐射凭借卓越的亮度与强度，不仅能实现微米乃至纳米级分辨率的观测，更能揭示最精细的材料结构与动态过程。光学系统将激光精准聚焦于材料表面，配合每秒50000帧的高速摄像系统实现动态可视化。Spurk团队正在开发的新系统将把帧率提升至200000赫兹。为增强相位对比度，团队采用闪烁晶体将X射线转化为可见光；当对比度不足时，则通过在材料中添加钨或碳化钨颗粒作为示踪剂——这些在图像中呈现为黑点的颗粒，可清晰反映熔融金属的流动轨迹。

从汽车制造、航空航天到氢能与微电子领域，铜铝接头及金属-塑料复合结构的无缺陷焊接需求无处不在。唯有实时可视化技术才能检测出传统方法无法识别的微观材料缺陷。

激光焊接过程中蒸气毛细孔与气孔运动的自动检测

为电动交通、航空与微电子开启新视界

研究所连接与切割部门负责人Alexander Olowinsky博士指出：铜铝复合接头等复杂材料组合的研究对电动交通至关重要，这类材料广泛应用于高性能电池及其他关键部件。通过DESY获得的数据，我们能制造出强度更高、可靠性更强的连接件。在轻量化制造领域，我们还在研究其他结构化工艺，相关成果将直接推动新技术研发。

同步辐射技术可早期检测航空领域铝钛接头的应力裂纹与异常结构，进而优化制造工艺。此外，借助高速成像技术，镍基高温合金（如涡轮叶片材料）的激光粉末焊接工艺也得到显著提升。微电子领域对高精度连接工艺有着严苛要求——通过分析超薄铜线路中的熔体流动，研究人员能有效避免短路与材料疲劳，这对半导体和印刷电路板生产尤为重要。

为工业创新提供精准分析

“激光遇见同步辐射”联盟的专业技术在这一领域发挥着关键作用。实验产生的数据需要专业分析——这既需要深厚的专业知识，也离不开专用软件的支持。研究团队每次实验带回的数据量高达50TB。

“我们的优势不仅在于实验操作，更在于对结果的深度解读，”Christoph Spurk解释道，“通过处理复杂数据并实现其应用价值，我们将海量数据转化为智能数据。这得益于团队的跨学科背景，唯有如此，同步辐射实验数据才能真正落地应用。”

这项技术为客户和合作伙伴带来的经济效益远超工艺优化范畴：所获得的数据和洞见为全新的商业模式奠定了基础，例如数据驱动的材料开发。企业可利用这些精准分析结果，开发针对特定应用的定制材料，从而获得决定性竞争优势。奥迪、博世研究院和电装等企业通过合作，显著提升了生产效率并缩短了开发周期。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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