传统类高斯分布光斑在薄板激光精密微焊接时往往呈现“V”形熔池,容易出现焊点易击穿、焊接强度低,火花飞溅等缺陷。本文将类高斯分布光斑整形为环形光斑,进行薄板激光精密微焊接的理论仿真和实验研究,主要研究工作如下:(1)基于涡旋光原理,设计环形光斑激光焊接光学系统,并通过MATLAB和COMSOL建立合适的光场和温度场模型。仿真结果表明,随拓扑荷数和离焦量的增加,环形光斑中心零光强区域不断增大,熔池半径提高。随着激光作用时间的增长,环形熔池逐步过渡到W熔池、类平顶熔池、U型熔池。通过不同的拓扑荷数和激光作用时间的优化组合,可以获得理想的焊接形貌。(2)在控制焊点表面直径和熔深一定的条件下,通过调节激光功率、脉宽、离焦量、拓扑荷数等参数进行了0.2mm SUS301激光叠焊实验。实验中熔池形貌变化规律与光场温度场仿真结果基本保持一致。在同等脉宽和熔深条件下,随着拓扑荷数增大,焊点半高宽比不断提升,熔池由“V”形向“U”形逐渐转变,拉力水平显著提高,飞溅现象减弱。在激光脉宽为4ms,熔池深度为0.3mm时,使用8拓扑荷数得到的熔池半高宽比达到了74.8%,拉力达到27.72N,明显优于高斯光焊接的56%和8.02N。(3)针对印制电路板多个不同规格引脚的焊接需求,基于光场调控的计算全息法,设计了一种任意位置、环半径、能量分布的涡旋阵列生成方法。采用MATLAB对阵列的光强分布进行了仿真,并使用空间光调制器进行实验验证。该方法可以显著提高焊接效率和焊接质量,应对更灵活的加工需求。