激光焊接中四種激光器對(duì)比分析

1、激光焊接中四種激光器對(duì)比分析激光焊接中四種激光器對(duì)比分析瀏覽:454更新：2013-05-05 01:07標(biāo)簽：在選擇激光焊接光源的時(shí)候要充分考慮焊接材料、接頭兒何形狀、速度等因素。隨著激光焊接在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，如何正確選擇激光源是制造商需要面臨的一個(gè) 現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。忖前市場(chǎng)上可選擇的激光源有光纖、脈沖Nd:YAG、二極管、碟片還有C02激 光源（CWd:YAG激光源基本上已經(jīng)被光纖和碟式激光器取代了，因此本文沒(méi)有述及）。 選擇那一種激光源要充分考慮到各種因素，如焊接的材料、接頭兒何形狀、焊接速度、形 位公差、系統(tǒng)集成要求等，當(dāng)然還要考慮預(yù)算。每一種激光源都有其特性，可以滿足不同 的焊接要求，

2、當(dāng)然在某些情況下也有可替代性。 C02激光器C02氣體激光器，波長(zhǎng)為10604nm,功率20千瓦，是一種非常成熟 的激光器，而且是自上個(gè)世紀(jì)八十年以來(lái)一直是大功率加工的最主要激光源。光纖激光器這種高效的二極管泵浦激光器其實(shí)是一種小芯徑硅基光纖。激光源出現(xiàn) 在光纖內(nèi)，因此不用進(jìn)行校正，而且將小芯徑光纖映射到聚焦鏡上時(shí)，焦點(diǎn)尺寸最小可以 達(dá)到10微米。這種緊湊型的激光器通常以兩種配置出現(xiàn)：低功率焊接（小于300W）的單 一模式；以及用于大功率焊接的多模式。二極管激光器單發(fā)光面器件功率的提高，新冷卻通道技術(shù)的出現(xiàn)，加上可以將光束 聚焦為直徑小于1000微米光纖的微光學(xué)元件技術(shù)的發(fā)展，都推進(jìn)了二極管作

3、為焊接激光 器的出現(xiàn)。碟式激光器扁平的Yd:YAG晶體薄盤(pán)置于CW激光器的中心一一碟式激光器這種設(shè)計(jì) 是為了避免出現(xiàn)棒狀激光器的固有問(wèn)題，而采用了厚的圓盤(pán)，另一面用冷卻裝置支撐。采 用這種設(shè)計(jì)進(jìn)行冷卻可以使激光器功率達(dá)到10kW,同時(shí)可以保證光束質(zhì)量。脈沖Nd:YAG激光器這種激光器采用單一的Nd:YAG激光棒，通過(guò)閃光燈激勵(lì)產(chǎn)生焊 接所使用的高峰值和低平均功率。比如，一個(gè)相對(duì)較低的功率，35W平均功率可以產(chǎn)生 6kW的高峰值功率。這種高峰值功率和窄脈寬的結(jié)合不僅保證了材料焊接的質(zhì)量，還為能 量輸入提供了有效的控制。按熔深大小選擇激光器激光器的選擇按照熔深大小可分為：小于、和大于。一般來(lái)說(shuō)，可

4、以選擇多個(gè)激光 源來(lái)完成焊接，但是出于對(duì)性能和預(yù)算的考慮，往往只能選擇一到兩個(gè)光源。當(dāng)然，最后 的決定可能還會(huì)受其他很多因素影響，比如樣品質(zhì)量、地理因素、售后服務(wù)、系統(tǒng)集成商 的偏好等，當(dāng)然可能還會(huì)受人緣關(guān)系影響。小于焊縫熔深主要采用脈沖Nd:YAG激光器，其次是光纖激光器。在考慮部件裝配、接頭形狀、材 料和鍍層等情況下，需要對(duì)整個(gè)焊接過(guò)程有更好的控制，脈沖Nd:YAG激光器則是最佳的 選擇。采用高峰值功率可以產(chǎn)生光點(diǎn)尺寸大于1000微米的焊接光束，在選擇焊點(diǎn)尺寸時(shí) 具有較大的靈活性，從而使焊接本身的工藝窗口最大化，同時(shí)保證在生產(chǎn)環(huán)境中必要的容 差。光纖激光器是該分類中唯一一種連續(xù)波激光，因?yàn)?/p>

5、光纖激光器可以使光束聚焦后的光 點(diǎn)尺寸小于25微米，這樣就可以獲得焊接所需要的高功率密度。為了保證在微加工領(lǐng)域 的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，光纖激光器功率一般不超過(guò)200W,這樣也就限制了其最大的光點(diǎn)尺寸， 無(wú)法提供足夠的功率密度，一般焊點(diǎn)尺寸不超過(guò)75微米。這是光纖激光器一個(gè)最大的限 制，這樣在實(shí)際生產(chǎn)中，按配合公差和疊加公差來(lái)調(diào)節(jié)接頭/部件時(shí)，往往無(wú)法保證±15 毫米的誤差范圍。光纖激光器主要用于為了保證穩(wěn)定性對(duì)焊點(diǎn)要求很高的厚度較薄材料的搭焊中。光纖 激光器采用焦距為150mm的鏡頭可以產(chǎn)生直徑小于25微米的光點(diǎn)，這樣給加工帶來(lái)了足 夠的操作空間。光纖激光器采用搭焊焊接可以以較高的速度獲得熔

6、深達(dá)到其至高于的焊 縫；200W單模式光纖激光器在高達(dá)50in/s速度下可以獲得的熔深。相比較來(lái)說(shuō)，脈沖Nd:YAG激光器除了薄箔片焊接外在這個(gè)區(qū)間可以滿足所有的應(yīng) 用。該激光器的光點(diǎn)尺寸、脈沖寬度以及峰值功率范用都較大，因此在經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)和優(yōu)化后 兒乎可以滿足各種焊接需求。 焊縫熔深上面所說(shuō)的脈沖Nd:YAG激光器和光纖激光器的應(yīng)用分類在這里依然有效，但是范圍 較窄。脈沖Nd:YAG激光器用于大多數(shù)的點(diǎn)焊加工，而采用約500W功率且光點(diǎn)直徑為微米 的光纖激光器可以用于低容差的對(duì)接焊和角焊中。脈沖Nd:YAG激光器的性價(jià)比相對(duì)較 高，500W和25W功率的激光器可以在不同焊接速度下帶來(lái)不同的焊縫熔

7、深；峰值功率可 以保證熔深性能而平均功率可以保證縫焊的焊接速度。功率在500"800W之間的二極管激光器可以焊接容差較大的部件，速度一般要比光纖 和碟式激光器慢，但是較大的容差可以彌補(bǔ)這一不足。焊縫熔深大于所有的激光器都適用于此范圉。脈沖Nd:YAG激光器可以達(dá)到的熔深約為，而其他類型的 激光器可以達(dá)到，有些甚至超過(guò)。一般來(lái)說(shuō)，該范圍內(nèi)脈沖Nd:YAG激光器所適用的焊接 部件都比較小，如采用縫焊的壓力傳感器等元件。除此之外，在速度和熔深方面，汽車行 業(yè)基本涵蓋了兒乎所有的應(yīng)用范圍，光纖、C02、碟式和二極管激光器都可以選擇使用。尋求平衡這些激光源最主要的區(qū)別是光束質(zhì)量、亮度和波長(zhǎng)。光

8、束質(zhì)量指的是激光的可聚焦 性，亮度指被聚焦光束內(nèi)的功率密度。舉例來(lái)說(shuō)，C02激光器和光纖激光器的光束質(zhì)量差 不多，這樣如果其他參數(shù)都一樣的話，它們可以聚焦成為直徑相同的光點(diǎn)。光纖激光源的 波長(zhǎng)是C02光源波長(zhǎng)的十分之一，因此光纖激光源可以產(chǎn)生的光點(diǎn)直徑就是C02光源的十 分之一；而光纖激光源的光束質(zhì)量和亮度則更好。在激光焊接中，熔深和速度是與光束質(zhì)量和亮度成正比的，而焊接穩(wěn)定性和容差與光 束質(zhì)量和亮度卻沒(méi)有那么直接的關(guān)系。因此，焊接性能和質(zhì)量以及工藝窗口的寬度之間必 須尋求一種平衡。需要知道的是，為了滿足實(shí)際需求，可以將光束的質(zhì)量調(diào)低，但是無(wú)法 將較差的光束變好。在熔深時(shí)，以上兒種激光器的焊接

9、速度非常接近；光纖和碟式要比C02速度快，而二 極管要慢于C02。采用較高功率激光器進(jìn)行焊接通常需要兩班倒的方式，這意味著選擇哪 一種激光器還與采購(gòu)激光器的成本有關(guān)。雖然C02激光器擁有大量的用戶，而且他們對(duì)這 種技術(shù)也非常熟悉，不過(guò)與光纖、碟式和二極管激光器相比，C02激光器單次焊接的成本 要高很多。激光焊接在熔深需求超過(guò)的焊接應(yīng)用中與等離子和弧焊相比要更有優(yōu)勢(shì)，可以大大減 少熱變形。熱變形的減少可以維持部件的兒何形狀，這樣就不必再對(duì)部件兒何外形進(jìn)行重 新處理。部件配合在這種厚度下可能會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，可以采用填絲或?qū)⒓す夂概c等離子焊及 弧焊相結(jié)合的工藝流程。結(jié)論激光焊接的激光源有很多種，每一種都有其特性，適用于不同的需求。用戶要充分了 解哪一種激光源最能滿足他們的焊接