相比光纤激光器，直接半导体激光器能量更均匀，光斑更接近平顶分布而不是光纤激光器的高斯分布（图1）。在实际焊接应用中得到的效果比传统激光器更加优越。

表1 直接半导体与光纤激光器的参数对比

1.焊缝表面形态和焊缝横截面形貌

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。另外，焊缝更宽，热影响区更大。

图2 半导体激光焊接低碳钢和不锈钢焊缝表面

注：(a)低碳钢， (b)不锈钢

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。另外，不锈钢焊缝横截面相较于低碳钢更细长，熔宽明显更窄、熔深略微较深。

图3 半导体激光焊接低碳钢和不锈钢焊缝横截面

注：(a)低碳钢， (b)不锈钢

2.不同功率下焊缝横截面形貌

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 不同功率下的横截面图

3、激光功率与熔深、熔宽之间的对应关系

图5 熔深熔宽对随功率的变化

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。

4.穿透焊焊缝横截面

图6 焊缝横截面

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。

5.接头显微硬度分布

图7显微硬度分布

图7为上述激光焊接横截面中心区域的显微硬度分布。可见母材的平均显微硬度约为 280 HV，焊缝中心的平均显微硬度约为 286 HV，焊缝区域的显微硬度略高于母材的显微硬度，热影响区平均显微硬度最低，约为 269 HV。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。

6.拉伸试验

在扫描电镜下观察拉伸样品的断口形貌

7.焊接速度和效果

图10 1mm不锈钢板的焊接效果@1000W-220μm

采用QBH输出，可与商用镜头匹配。配备完善的驱动控制系统，并且具有人性化的操控性能。光束呈平顶分布、光束能量分布均匀，适用于熔覆、钎焊以及表面热处理等应用。

来源：凯普林光电