此外，集成的全過程監(jiān)測技術(shù)，如相干成像技術(shù)（ICI）允許在焊接過程中實時收集大量信息，幫助制造商嚴格控制焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。這些驅(qū)動型技術(shù)正在共同促進無缺陷激光焊接技術(shù)在各行各業(yè)的先進應用中快速采用。

標準焊接頭被設(shè)計成將準直的激光束聚焦到所需的光斑尺寸，并在光束傳輸過程中保持光束路徑呈靜態(tài)，在焦平面上呈現(xiàn)一個靜態(tài)光斑。這種標準配置，導致每種設(shè)置僅限于面向特定的應用。相比之下，擺動焊接頭在標準焊接頭內(nèi)整合了掃描振鏡技術(shù)。通過用內(nèi)部反射鏡來移動光束，焦斑不再是靜態(tài)的，并且可以通過改變各種圖案的形狀（圖1a）、振幅和頻率來動態(tài)地調(diào)節(jié)。光束速度Vc可以由擺動頻率f和擺動直徑D控制，Vc＝π D f。

圖1：擺動模式（a）和環(huán)形擺動圖案（b）

提供最佳結(jié)果的頻率設(shè)置取決于光斑尺寸、擺動直徑（以及因此產(chǎn)生的圓周速度Vc）和線性焊接速度。雖然有效的光束速度也取決于焊接的線速度Vw，但在大多數(shù)情況下，光束速度Vc遠高于決定焊接動態(tài)的焊接速度Vw（圖1b）。此外，這種焊接技術(shù)與標準的同軸噴嘴和輔助氣體端口兼容，這能夠抑制焊接時產(chǎn)生的金屬蒸氣，并有助于抑制等離子體云，控制飛濺產(chǎn)生，這些飛濺技術(shù)與遠程焊接中使用的掃描頭不兼容。

當使用較小的光斑時，這種擺動焊接方法的益處更加明顯。當使用近紅外（NIR）波長時，較小的光斑實現(xiàn)了巨大的功率密度，克服了諸如銅和鋁等材料的高反射率，從而形成具有寬加工窗口的穩(wěn)定匙孔，并且在使用最佳擺動參數(shù)時，避免了氣孔和裂紋的產(chǎn)生。這為1μm光纖激光器在電動汽車和電池制造領(lǐng)域開辟了新應用，消除了對倍頻綠光激光器的需求。

連續(xù)焊

隨著新電池技術(shù)的發(fā)展以及電池容量越來越高，電池制造行業(yè)對焊接技術(shù)的需求正在不斷提升。電動汽車尤其是這一趨勢的主推手，汽車行業(yè)及汽車供應商正在尋找穩(wěn)健、高效的焊接工藝，以大批量生產(chǎn)銅鋁接頭，這種接頭在電動汽車（EV）電池和電力存儲產(chǎn)品中有著廣泛需求。

激光焊接銅和銅合金所面臨的挑戰(zhàn)，主要源于材料的兩個主要物理屬性——對大多數(shù)工業(yè)級高功率激光類型的低吸收率，以及在加工過程中的高導熱現(xiàn)象。固體銅對近紅外激光的吸收，在焊接剛開始時非常差，僅為4%，因此將光耦合到材料中非常困難。采用較短波長（如532nm的綠光激光器）可以提高銅對激光能量的吸收，但是在這個波段，達到深熔焊所需要的高功率或是經(jīng)過工業(yè)驗證的激光器，目前還不完備。

單模和低階模近紅外1μm光纖激光器為此提供了答案，這些激光器可以將光斑聚焦到20μm的小光斑，1kW單模激光器能實現(xiàn)超過1MW/cm2的功率密度。利用這種高功率密度，可以迅速克服材料對激光的吸收不足，熔融銅或蒸發(fā)銅的吸收增加到60%以上，以建立穩(wěn)定的匙孔。

銅焊接中的另一個問題是不穩(wěn)定性，因為熔化金屬的低粘度和表面張力，在低速焊接時會導致飛濺和氣孔。[1] 將速度增加到超過10m/min，以最小化這些不穩(wěn)定因素，形成穩(wěn)定的焊接過程。然而，這意味著最好的焊接參數(shù)在傳統(tǒng)的運動系統(tǒng)（如機器人）達到極限的范圍內(nèi)。此外，熔深隨著速度的增加而減小，而且焊縫變得非常窄。這必須要通過增加激光功率來補償，而增加功率則需要對系統(tǒng)進行更高的資本投資。

新的工藝研究表明上述現(xiàn)象可以避免，穩(wěn)定焊接過程不僅僅可以通過增加焊接速度來實現(xiàn)，而且還可以通過動態(tài)定位激光技術(shù)來實現(xiàn)，例如用擺動焊接頭實現(xiàn)穩(wěn)定的焊接。[2]這種擺動技術(shù)允許以低線性焊接速度實現(xiàn)穩(wěn)定焊接，并且對熔深影響最小。例如，只利用一臺1kW單模光纖激光器，便可以獲得熔深達1.5mm的高品質(zhì)銅焊縫（見圖2）

圖2：用單模光纖激光器焊接三根扁平的1100銅線

同樣的技術(shù)也可用于高亮度多模激光器，并已廣泛用于改善鋁制外殼（圖3a）的焊接質(zhì)量和焊接一致性。溫度和冷卻速率的變化梯度比傳統(tǒng)的激光焊接慢，這有助于消除缺陷和抑制飛濺產(chǎn)生。比較用標準焊接技術(shù)和擺動焊接技術(shù)焊接5000系列鋁外殼（圖3b），使用的功率同為3.5kW，比較顯示，擺動焊接可實現(xiàn)更為穩(wěn)定的無氣孔焊接。焊縫熔深為2mm，可以明顯看出在整體焊接質(zhì)量方面，擺動焊接技術(shù)更勝一籌。

圖3：焊接1100和3003鋁電池外殼（a）。用擺動焊接技術(shù)（左）和非擺動焊接技術(shù)（右）獲得的5000系列鋁制外殼的焊接質(zhì)量（b）。