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激光焊接中各种激光器对比分析

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。随着激光焊接机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(CW Nd: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。

光纤激光焊接机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。

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