多年來，造船業(yè)始終面臨復雜生產(chǎn)工藝優(yōu)化的挑戰(zhàn)，其中厚板焊接更是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。意大利焊接系統(tǒng)制造商Castellini與的里雅斯特造船企業(yè)Fincantieri 合作，針對Civan Lasers 動態(tài)光束激光器（DBL）在厚鋼板焊接中的應用，開展了深度研究。

　　研究數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)可實現(xiàn)焊接速度提升40%、成本下降與環(huán)境影響降低的三重效益。DBL 技術(shù)通過簡化工藝流程、減少熱輸入，在提升質(zhì)量的同時，確?？沙掷m(xù)性。其動態(tài)光束管理與高度自動化特性，不僅滿足效率需求，更被視為未來造船業(yè)的標桿技術(shù)。

　　行業(yè)痛點與技術(shù)突破

　　測試表明，DBL 技術(shù)在厚鋼板焊接領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。Castellini 研發(fā)創(chuàng)新部物理學家Simone Peli 表示：DBL 測試源于Fincantieri 在新型船用板材焊接系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化階段的特定需求。這套基于激光-MIG/MAG 復合焊接技術(shù)的系統(tǒng)本身，已具備扎實的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　Fincantieri 希望探索能覆蓋其生產(chǎn)線全厚度范圍（甚至更廣）的DBL 技術(shù)解決方案。初期目標是在無需特殊坡口處理的情況下，單道焊完成4-25mm 厚度板材焊接。Peli 指出，傳統(tǒng)激光-MIG/MAG復合焊接技術(shù)若不采用多道焊和特定坡口處理，將無法突破厚度極限。

　　相較之下，DBL 提供純激光解決方案——通過焊接過程中的動態(tài)能量聚焦，既免除坡口預處理需求，又實現(xiàn)焊接速度的飛躍式提升。

　　質(zhì)量提升與可持續(xù)性突破

　　相比傳統(tǒng)焊接工藝高達40% 的速度提升，對需要以生產(chǎn)效率爭奪全球競爭力的造船業(yè)來說，至關(guān)重要。DBL 焊接技術(shù)通過消除坡口加工、填充材料施用等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)更快速、更經(jīng)濟且更可持續(xù)的工藝流程。

　　Fincantieri 制造總監(jiān)Alessandro Nevierov 強調(diào)：我們測試該技術(shù)旨在提升效率、改善工藝質(zhì)量并增強生產(chǎn)可持續(xù)性——這些正是造船業(yè)的核心目標。實踐證明，DBL 是實現(xiàn)這些目標的關(guān)鍵使能技術(shù)。

　　該激光技術(shù)顯著降低焊接熱輸入，有效控制板材變形與熱影響區(qū)。在船用AH-DH36 和S355J0-J2 鋼材的測試中，焊縫機械性能得到驗證。激光焦點位置的電子化控制確保母材在熔融區(qū)和熱影響區(qū)均保持特性，這對焊接結(jié)構(gòu)的韌性和延展性至關(guān)重要。

　　Peli 補充道：采用工作距離超過1.5m 的長焦距系統(tǒng)，能最大限度降低激光頭光學元件的污染和磨損風險，延長設備壽命并減少維護成本。數(shù)據(jù)顯示，相較現(xiàn)有工藝，DBL 技術(shù)可實現(xiàn)能耗降低60%，填充材料用量減少90%，這些優(yōu)勢直接提升了焊接工藝的環(huán)保效益。

　　革命性光束整形技術(shù)

　　與傳統(tǒng)光纖激光器產(chǎn)生的靜態(tài)光束不同，DBL 技術(shù)可實現(xiàn)實時光束形態(tài)調(diào)節(jié)以適應特定焊接需求。這種動態(tài)光束整形技術(shù)能優(yōu)化能量分布并改善接頭性能，其能力是標準光纖激光器無法企及的。

　　Castellini 研發(fā)專家Peli 指出：動態(tài)調(diào)節(jié)光束形態(tài)的能力使工藝可精準適配特定需求，從而進一步提升焊縫質(zhì)量。DBL 技術(shù)不僅簡化了操作流程，還通過支持遠程激光操作顯著提升工作場所安全性。該技術(shù)有效降低了污染風險、工具損耗及整體作業(yè)危險系數(shù)。

　　邁向工業(yè)化應用

　　當前測試已驗證，該技術(shù)能單道焊完成25mm 厚度焊接并滿足認證要求。下一步將突破更厚材料的焊接極限，在保持高效的同時實現(xiàn)工藝復現(xiàn)。

　　這一進展將為DBL 焊接方案融入現(xiàn)有產(chǎn)線的可行性研究鋪平道路，并拓展至其他工業(yè)領(lǐng)域。例如海上平臺建造和工業(yè)基礎(chǔ)設施所需的超厚材料焊接，將需要更高功率的激光源支持。Fincantieri 將DBL 技術(shù)應用列為中期目標，計劃逐步整合至生產(chǎn)線。Nevierov 表示：可焊厚度的提升與工藝產(chǎn)業(yè)化，將滿足風電塔筒、海上浮式平臺等短周期建造需求。這項創(chuàng)新工藝為造船業(yè)帶來了兼具競爭力與可持續(xù)性的雙重優(yōu)勢。

　　動態(tài)成形激光束特性

　　根據(jù)Civan 的白皮書，DBL 技術(shù)通過四種方式改變光束特性。首先是光束成形，用戶可以設計特定形狀以匹配特定應用。這使工程師能夠測試多種形狀以優(yōu)化特定焊縫的最佳形狀。例如在焊接異種金屬時，DBL 允許同時使用兩個移動的激光點（想象廚房攪拌器的運動）來提供均勻的焊縫。

　　另一個變量是形狀頻率，即在不同間隔創(chuàng)建形狀的能力。頻率越高，光束表現(xiàn)得越接近靜態(tài)。例如，像50MHz 這樣的快速頻率非?？?，以至于光束表現(xiàn)為準靜態(tài)形狀。白皮書補充說，如此快的頻率產(chǎn)生的效果與赫茲或千赫茲范圍內(nèi)的頻率完全不同。

　　第三項參數(shù)是光束序列控制——可實現(xiàn)微秒級速率的激光束形態(tài)切換。這意味著用戶能創(chuàng)建一系列不同光斑形態(tài)，并按預設順序、速度及間隔進行編程控制。第四項參數(shù)是焦點動態(tài)調(diào)控。白皮書強調(diào)：該技術(shù)能在加工過程中隨時以任意速度調(diào)整材料內(nèi)部Z軸焦點位置。對于厚板焊接尤為有利，可確保更平滑均勻的焊縫質(zhì)量。

　　這種焦點動態(tài)調(diào)控技術(shù)正被AMET 等企業(yè)應用于單道厚板焊接領(lǐng)域。此前，Civan 公司已經(jīng)宣布70 毫米超厚材料單道焊成果，正是基于此項技術(shù)突破。

　　厚板焊接僅是該公司近年攻克的應用方向之一。在厚度譜系的另一端，其參與的德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所“Eureka”項目中，實現(xiàn)了燃料電池雙極板超高速度焊接——該項目涉及厚度僅0.1mm 的極薄板材，焊接速度高達1500mm/s。

　　研究團隊通過特殊光束整形，將高強度光斑與低能量區(qū)域組合：這種排布方式能對材料進行瞬時預熱與后熱，有效控制熔池形成與凝固過程。他們還創(chuàng)新采用動態(tài)變軌技術(shù)（加工中實時將光束調(diào)整為橢圓形），降低匙孔后方熔池流速，從而在提升焊接速度的同時避免缺陷產(chǎn)生。

　　盡管Civan 深耕激光焊接領(lǐng)域，其技術(shù)布局已延伸至其他工業(yè)激光加工工藝。例如，該公司與德國Smart MoveGmbH 合作，共同開發(fā)面向增材制造的新型激光焊接與激光粉末床熔融技術(shù)。

　　該公司還發(fā)表多篇論文詳述激光切割應用測試成果，突顯焦點動態(tài)調(diào)控的技術(shù)優(yōu)勢。在一項典型實驗中，采用8kW單模深焦激光對15mm 厚304L 不銹鋼進行切割——通過將光束整形為垂直方向雙點螺旋形態(tài)，實現(xiàn)焦點在材料中部沿Z 軸±8 毫米范圍內(nèi)動態(tài)調(diào)控。論文數(shù)據(jù)顯示：當進給速度為15-18mm/s 時，焦點調(diào)控頻率設定為5.4-16Hz……該技術(shù)顯著提升熔融材料控制能力，可獲得更光滑的切面粗糙度與更少熔渣。

　　此外，Civan 還與印度企業(yè)Sahajanand 激光技術(shù)有限公司合作，開發(fā)出集三維激光焊接與切割功能于一體的復合加工設備。據(jù)Civan 透露：該項目將構(gòu)建配備動態(tài)光束整形激光器的全流程端到端系統(tǒng)。Civan 的技術(shù)或許預示著一個新趨勢，工業(yè)激光束已突破靜態(tài)局限，進化為金屬加工領(lǐng)域的萬能工具——通過多形態(tài)、多頻率的光束整形、序列控制及動態(tài)調(diào)焦技術(shù)，實現(xiàn)與具體工藝需求的高度適配。

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