激光焊接中四种激光器对比分析

激光焊接中四种激光器对比分析浏览：454|更新：2013-05-0501:07|标签：焊接

在选择激光焊接光源的时候要充分考虑焊接材料、接头几何形状、速度等因素。随着激光焊接在制造业中的广泛应用，如何正确选择激光源是制造商需要面临的一个现实问题。目前市场上可选择的激光源有光纤、脉冲Nd:YAG、二极管、碟片还有CO2激光源（CWNd:YAG激光源基本上已经被光纤和碟式激光器取代了，因此本文没有述及）。选择那一种激光源要充分考虑到各种因素，如焊接的材料、接头几何形状、焊接速度、形位公差、系统集成要求等，当然还要考虑预算。每一种激光源都有其特性，可以满足不同的焊接要求，当然在某些情况下也有可替代性。◆CO2激光器CO2气体激光器，波长为10604nm，功率1~20千瓦，是一种非常成熟的激光器，而且是自上个世纪八十年以来一直是大功率加工的最主要激光源。◆光纤激光器这种高效的二极管泵浦激光器其实是一种小芯径硅基光纤。激光源出现在光纤内，因此不用进行校正，而且将小芯径光纤映射到聚焦镜上时，焦点尺寸最小可以达到10微米。这种紧凑型的激光器通常以两种配置出现：低功率焊接（小于300W）的单一模式；以及用于大功率焊接的多模式。◆二极管激光器单发光面器件功率的提高，新冷却通道技术的出现，加上可以将光束聚焦为直径小于1000微米光纤的微光学元件技术的发展，都推进了二极管作为焊接激光器的出现。◆碟式激光器扁平的Yd:YAG晶体薄盘置于CW激光器的中心——碟式激光器这种设计是为了避免出现棒状激光器的固有问题，而采用了0.01in厚的圆盘，另一面用冷却装置支撑。采用这种设计进行冷却可以使激光器功率达到10kW，同时可以保证光束质量。◆脉冲Nd:YAG激光器这种激光器采用单一的Nd:YAG激光棒，通过闪光灯激励产生焊接所使用的高峰值和低平均功率。比如，一个相对较低的功率，35W平均功率可以产生6kW的高峰值功率。这种高峰值功率和窄脉宽的结合不仅保证了材料焊接的质量，还为能量输入提供了有效的控制。按熔深大小选择激光器激光器的选择按照熔深大小可分为：小于0.01in、0.01~0.03in和大于0.03in。一般来说，可以选择多个激光源来完成焊接，但是出于对性能和预算的考虑，往往只能选择一到两个光源。当然，最后的决定可能还会受其他很多因素影响，比如样品质量、地理因素、售后服务、系统集成商的偏好等，当然可能还会受人缘关系影响。◆小于0.01in焊缝熔深可以产生的光点直径就是CO2光源的十分之一；而光纤激光源的光束质量和亮度则更好。在激光焊接中，熔深和速度是与光束质量和亮度成正比的，而焊接稳定性和容差与光束质量和亮度却没有那么直接的关系。因此，焊接性能和质量以及工艺窗口的宽度之间必须寻求一种平衡。需要知道的是，为了满足实际需求，可以将光束的质量调低，但是无法将较差的光束变好。在0.25in熔深时，以上几种激光器的焊接速度非常接近；光纤和碟式要比CO2速度快，而二极管要慢于CO2。采用较高功率激光器进行焊接通常需要两班倒的方式，这意味着选择哪一种激光器还与采购激光器的成本有关。虽然CO2激光器拥有大量的用户，而且他们对这种技术也非常熟悉，不过与光纤、碟式和二极管激光器相比，CO2激光器单次焊接的成本要高很多。激光焊接在熔深需求超过0.25in的焊接应用中与等离子和弧焊相比要更有优势，可以大大减少热变形。热变形的减少可以维持部件的几何形状，这样就不必再对部件几何外形进行重新处理。部件配合在这种厚度下可能会带来问题，可以采用填丝或将激光焊与等离子焊及弧焊相结合的工艺流程。结论激光焊接的激光源有很多种，每一种都有其特性，适用于不同的需求。用户要充分了解哪一种激光源最能满足他们的焊接需求，这点非常重要。如果需要焊接系统的话，最好的办法就是与系统供应商合作，他们可以决定最佳的激光器。此外，还可