动态光束成形技术实现无填充焊丝操作

采用动态光束成形技术的激光工艺，即使在复杂材料组合中也能形成稳定接头。近期应用案例展示了如何在提升质量、能效及生产逻辑的同时省去填充材料。弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所（Fraunhofer IWS）推出的激光焊接解决方案。其核心技术在于无需填充焊丝的智能引导光束工艺，该技术可直接应用于实际生产场景。当前应用领域涵盖电动汽车轻量化结构、航空航天储罐以及重型钢结构承重部件等行业。

当前多个研发项目正依托激光焊接技术推进。通过精确调控激光束主动调控熔池行为，彻底省去了填充焊丝的使用。“我们证明，即便是最严苛的焊接任务——例如难焊材料合金的连接或厚壁件的焊接——也能以更低的能耗、更少的材料消耗和更少的返工量实现稳定高效的加工，”Fraunhofer IWS连接技术部门负责人Axel Jahn博士表示，“高频扫描技术、灵活功率调制与开放式系统控制的结合，创造了传统电弧焊接无法企及的设计可能性和应用前景。”

铝制电池壳体

在欧盟ALBATROSS项目中，Fraunhofer IWS开发出一种创新的激光制造电池壳体，并成功实现全尺寸部件级验证。该轻量化设计将铝挤压型材与压铸铝部件相结合，壁厚可达5mm。

传统工艺在此组合中面临物理极限：压铸易形成气孔，而6000系列铝挤压合金则易产生热裂纹。“我们的解决方案依托激光束的定向振荡技术，通过移动熔池减少气孔，形成冶金稳定的焊缝，”Jahn解释道，“这使我们无需常规填充材料即可实现高质量铝焊缝。”

该壳体已集成于实车模型并完成测试。在弗劳恩霍夫未来汽车制造领航项目框架下，该技术正同步推进二次铝材及铸件间接头焊接应用，并开展可持续性评估。

3D储罐底板

针对航空航天应用，Fraunhofer IWS开发出一种采用动态光束成形技术的激光焊接工艺，可将高强度2000系列铝合金制成封闭式储罐结构。由于这类合金易产生热裂纹，传统焊接通常需使用填充焊丝调整合金成分。而新型激光工艺无需填充材料，即使在三维轮廓上也能实现稳定的低热焊接。“该工艺特别适用于封闭旋转对称容器，目前正研究其在管道焊接中的应用，”Jahn表示，“它能形成紧密、机械强度高的接头，变形极小且焊缝强度高。”

该验证装置由德国联邦经济事务与气候行动部（BMWK）资助的航空项目开发。与此同时，Fraunhofer IWS正同步测试用于板材的摩擦搅拌焊接（FSW）技术及用于混合管道接头的电磁脉冲焊接（EMP）技术。

起重机吊臂

大型钢结构制造商现可采用新型工艺连接壁厚超20mm的厚型材。Fraunhofer IWS通过四米长的起重机吊臂验证了该技术。该工艺采用单次夹持下的高性能多层焊接，激光功率高达24kW。V形槽准备工艺已优化至开口角小于5°。“由此我们减少了焊缝体积，节省高达90%的填充材料，并基本消除了变形问题，”Jahn指出，“在许多情况下，无需再进行耗能巨大的手工校正大型组件。”

该项目由SAB资助，旨在向桥梁建造、风能和造船领域推广应用。初步工业反馈证实，企业对将该技术集成到现有生产线表现出浓厚兴趣。

激光、材料与系统一体化解决方案

这些示范装置展现了材料科学、工艺技术与系统集成的有机融合。Fraunhofer IWS不仅开发连接技术，更致力于推动其产业化应用。“我们通过集成传感器、先进控制系统及持续工艺质量评估，实现解决方案的落地应用。”Jahn总结道。