1 前言

虽然激光加工具有种种优点，但在重工业领域应用却受到限制，主要原因是:1)制品板材比较厚;2)制品形状大，而且复杂，同类制品量少等。从工序方面来看，焊接时要求焊接坡口对合精度高、在焊接质量方面容易产生气孔，切割时不可避免地会增大厚板切口的宽度等。

对这类厚板材进行加工时，要求激光器具有焊接、切割所需的足够的激光功率，光束传输容易，可以用于大型构件和复杂构件加工，也可在室外使用等。加工质量要求做到与以往的电弧焊接和等离子切割等同。

为了满足这些要求，正在开发高输出功率YAG激光器，加工中的加工状况监视，以及与电弧工序混合的工序。下面介绍其中的一部分。

2 试验方法

采用峰值输出25kW的YAG激光器，可调制振荡的l0kW级YAG激光器和峰值输出18kW、可调制振荡的7kW级YAG激光器。采用芯径0.8mm和0.6mm的SI型光纤传输光束。

图1示出采用30m光纤传送l0kWYAG激光时的光束传送特性。从图中可以看出，入射功率10kW时传送损失约800，大部分传送损失都是由光纤端面的反射引起的。采用YAG激光器时，反射光近800W，这种处理很重要。采用该系统时，处处都要注意不要因反射光而使系统本身受到损伤。

加工时所使用的光学系统是Bf(后焦距)等于200mm，成像倍率为1.69的聚光光学系统。试料，焊接时采用SUS304，切割时采用碳钢。

图1 用30m光纤传送时的传输损耗

3 厚板焊接

以前，当板材厚度超过10mm以上时只能采用CO2激光器焊接。CO2激光焊接厚板材有以下缺点:因为是利用反射镜传送光束，所以焊接对象受到限制;在加工质量上容易受振荡光束强度分布变化和激光感应等离子体的影响。

3.1 10kW级YAG激光器的熔深特性

因为以前没有研究过5kW以上输出调制对熔深的作用，所以调查了调制波振荡(以下称P.W.振荡)和连续波振荡(以下称C.W.振荡)对熔深的影响。调查结果示于图2.从图中可以看出，采用C.W.振荡时，激光器输出7.6kW,焊接速度0.2m/min时熔深大约为15mm。采用P.W.振荡时，激光器输出6.6kW，熔深大约为20mm，以厚板为对象的低焊接速度时，采用P.W.振荡效果好。从图中还可看出，随着焊接速度加快，P.W.振荡的熔深变浅。笔者认为这是由于Keyhole形成有无连续性引起的。图3示出采用P.W.振荡在低速焊接时峰值输出对熔深的影响，可以看出，随着峰值输出的升高，熔深加深。

图4示出利用P.W.振荡的20mm厚板的穿透焊接结果。即使激光器输出板6kW，也能得到将近15mm的熔深。

图4 利用高功率YAG激光器(7.6kw,,0.2m/min)的穿透焊接

3.2在配管、容器方面的应用

以上述焊接特性为基础，研究了用光纤传送的容器纵向或环形接合方面的应用。图5示出其应用例子。焊接时，采用7kW级YAG激光振荡器、可与大型构件对应的x轴5m、宽2.5m,z轴4m的大型CNC装置。

图6示出板厚20mm配管的YAG激光焊接结果。任何场合都能得到良好焊接结果。

图6 板厚20mm配管的YAG激光焊接结果

4 在厚板切割方面的应用

利用YAG激光拆除废炉的切割技术，要求把由切割所引起的二次生成物控制在最小限度，要求切割速度比以往的等离子切割高，切割厚度视切割材料和切割炉体的不同而有所不同，这里研究了板厚100mm以内碳钢的切割。

图7示出切割板厚极限和激光输出的关系。对0.05m/min及0.2m/min的切割速度进行了研究。从研究结果中可以看出，切割100mm的厚板时目前需要7~8kW的激光输出。图8示出用3.8kW切割厚45mm的碳钢和SUS304所得到的切割剖面。从图中可以看出，可进行弯曲幅度在2mm以下的高质量分离切割。图9示出板厚100mm时的圆锥状样品的切割结果。因此，如果板增厚，不可避免地会增大切割弯曲幅度。今后，应该研究通过改进光学系统及切割气体的流向来提高切割质量。