2004年8月，SLV Meckl enburg- Vorpommern GmbH生產了首臺10千瓦光纖激光器，這標志著光纖激光器的效率已經實現了質的飛越。在隨后的十年里，人們針對激光在各種工業領域的應用進行了大量的研究。我們將通過幾個實例，分析10千瓦光纖激光器現場試驗的結果和經驗，并以此作為激光器推廣應用的參考。

　　1. 高功率光纖激光器——效率的大跨步

　　近年來，人們已經研制出了可用于高功率激光設備的5千瓦Nd:YAG激光源，然而，由于電光轉換效率僅有6%，且機身龐大，所以無論是單純的泵浦光源，還是二極管泵浦Nd:YAG激光源，仍不能完勝固態激光源。隨著光纖激光器輸出功率的進一步提高，光纖激光器開始向著原來只能使用CO2激光源的應用領域推進。在過去的三年里，工業領域使用的多種激光源中，光纖激光器的重要性已經開始日益凸顯。

　　2002年5月，IPG光子公司推出了新款輸出功率達到1千瓦的光纖激光器。同年11月份，輸出功率已提升至4千瓦。2003年3月，10千瓦光纖激光器問世。至此，IPG已經先后推出24款帶有不同輸出功率的光纖激光器，用戶遍及美國、歐洲和亞洲。

　　波長為1070nm的摻鐿光纖激光器以其外形小巧，光電轉換效率超過25%，以及的光束質量而備受矚目。其主要作用原理是在激光諧振腔內，通過多種光能反饋，生成、引導并操作激光光束。光纖激光器由摻入特定稀土離子(如鐿、鉺、釹、銩等)的玻璃光纖所形成的雙包層線圈構成。泵浦二極管通過多模纖維形成的雙包層線圈，將能量注入有源光纖。有源光纖內部直接生成激光諧振腔，能量得到增益后通過一根無源單模光纖輸出。將多個單模光纖同步輸出，我們就可以得到一臺功率翻倍的千瓦級光纖激光器。由于使用的是光纖到光纖的整體設計，所以完全不需要調整或對齊反射鏡及其他光學元件與其他具有類似輸出功率的激光系統相比，光纖激光器，再加上預計100.000小時不間斷操作使用壽命的二極管的維護成本顯然更低。此外，由于光纖激光器的設計緊湊，操作簡便，可接入的光纖最長可達200米，因此特別適用于那些需要高功率、靈活傳輸及高遷移性激光源的領域。

　　2004年8月，全球首臺10千瓦光纖激光器在德國羅斯托克市的SLV Meckl enburg-VorpommernGmbH公司誕生。除了可以進行試驗室焊接、切割和表面拋光試驗外，客戶也可以自行對其進行研究和拓展。Precitec公司已經推出了一系列焊接和表面拋光用的光學頭及切割頭。如果是激光-電弧復合焊，還可以調整焊接頭，使其適合復合焊系統。除了上述靜態應用系統所使用的光學加工頭之外，MobilLaser Tec公司還研制了一種新型激光頭，用于手動引導焊接及切割。

　　自從第1臺10千瓦乃至更高輸出功率的光纖激光機問世以來，SLV Meckl enburg-Western Pommeraniait就很清楚地意識到，這種激光源配合移動概念，必能發揮更大的作用，完全可以非常靈活地響應客戶對于現場應用的需求。在一個名為“DOCKLASER”的歐洲項目中，工作人員圍繞IPGYLR10000光纖激光器設計并建造了一個移動激光發射基站。這個激光發射基站配備了冷卻設備，還預留了一些用于安放外圍設備的空間。這樣一個激光發射基站，只需要用普通平板貨車就能實現輕松運輸。而該項目之前使用的是來自Trumpf的4.5千瓦Nd:YAG激光器HL2006，體積是目前的三倍之大，所以必須要用到拖車。

　　2.1 長距離直縫焊的牽引

　　為了實現在垂直或水平方向利用激光-GMA復合焊工藝進行長距離直縫焊，焊接設備生產商奧地利Fronius公司設計并制造了一種牽引裝置。該裝置配有一臺激光-GMA復合焊光學頭，一個送絲單元，以及3個直縫焊激光傳感器MTH20，以便對焊縫形態進行追蹤。GMA焊接單元TPS9000max輸出功率為900A，占空比60%。牽引裝置與移動激光發射基站基站、焊接單元及傳感器控制單元之間可以借助獨立的控制系統進行通信。用戶通過示教器控制整個系統。

　　2.2 用于三維焊接的機器人

　　2006年夏季，來自 SLV Mecklenburg-Western

　　Pomerania公司的一款配有FUNUC機器人和傾角定位器的機器人單元投入使用。該機器人單元為激光器在三維空間內的應用帶來了了新的解決方案。系統中安裝了離線程序，可根據要求采用純激光縫焊、激光-GMA復合焊、激光切割或激光鍍層。

　　2.3 高功率光纖激光器的激光-GMA復合焊

　　船舶制造業會大量使用鋼板以及其它厚度介于3-35毫米的型材，當然也包括管道傳輸、大型容器、起重設備等，常常需要進行長距離直縫焊。然而，現有的傳統型氣體金屬電弧焊及埋弧焊工藝流程加工速度較慢，結果導致大量熱能注入母材，而且焊接時間長，還會造成金屬受熱變形后返工矯形，使生產成本提高。

　　雖然激光-GMA復合焊加工速度快，熱效能高，但是這一工藝的應用始終未能形成規模，究其原因，主要是當材料厚度超過15毫米時，就只能使用CO2激光源了。加工對接接頭和T形接頭時，CO2激光焊接機必須集成反射系統，才能將光束傳輸至工件表面，所以機器又大又重。而且由于傳輸路徑長，光束參數也容易出現波動。另外，已有的CO2激光源的焊接系統無法再被改造，更不要說在此基礎上再添加一個移動發射裝置了。盡管如此，如果需要輸出功率高，傳輸性能好的緊湊型光纖激光源，暫時也只能這樣選擇。

　　所以，當光纖激光器出現后，SLV Meckl enburg-WesternPomerania公司就針對國內外多種型材進行了大量的檢測和靈活性研究。研究人員針對激光-GMA復合焊工藝，特別設計了一種焊接頭。這種光學加工頭不僅可以用于搭載光纖激光器的機器人系統，也可以用于搭載12千瓦CO2激光器的Trumpf TLC系統。SLV實驗室對兩者都進行了安裝。

　　2.3.1 用激光-GMA復合焊工藝加工對接接頭

　　第1項試驗是典型結構鋼的堆焊試驗，該試驗主要是為隨后的試驗積累基礎參數。試驗設計為125毫米準直鏡，250毫米聚焦鏡，光波導， 200μm芯徑，90/10比例的氬-CO2的保護氣體對焊接過程進行保護，焦點位置設置為-2毫米，焊槍傾角25度。1.2毫米G3Si1焊絲，送絲速度為12米/分鐘。弧焊與激光縫焊之間的間隙為2.5毫米。數據顯示，焊接速度為1米/分鐘時，焊透深度為13毫米;當焊接速度提高至4米/分鐘時，焊透深度仍可達到8.1毫米。

　　10千瓦激光器，焊接速度3.5米/分鐘，焦點位置-2毫米;然后調整厚度至16毫米，雙面焊，兩面焊接速度均為3.5米/分鐘，輸出功率10千瓦，焦點位置-2毫米。HSLA65經過坡口加工，以確保無間隙。

　　在GLA板的試驗中，選擇厚度為9毫米底漆涂覆GLA板，10千瓦輸出功率，焊接速度2米/分鐘，焦點位置+3毫米。單位長度的能量平均達到7千焦/厘米。在厚度為8毫米底漆涂覆板GLD36的試驗中，根據客戶要求，限定激光功率不超過5千瓦，經7度坡口加工(包括坡口角度)，輸出功率3.2千瓦，送絲速度13米/分鐘，焊接速度1.1米/分鐘，單位長度的平均能量達到6.5千焦/厘米。MAX硬度值為260HV5，遠遠低于激光焊接接頭的臨界值。GLA板和GLD36均為激光切割，間隙為0mm。