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激光焊接中四种激光器对比分析

导读: 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。

  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(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

  主要采用脉冲Nd:YAG激光器,其次是光纤激光器。在考虑部件装配、接头形状、材料和镀层等情况下,需要对整个焊接过程有更好的控制,脉冲Nd:YAG激光器则是最佳的选择。采用高峰值功率可以产生光点尺寸大于1000微米的焊接光束,在选择焊点尺寸时具有较大的灵活性,从而使焊接本身的工艺窗口最大化,同时保证在生产环境中必要的容差。

  光纤激光器是该分类中唯一一种连续波激光,因为光纤激光器可以使光束聚焦后的光点尺寸小于25微米,这样就可以获得焊接所需要的高功率密度。为了保证在微加工领域的价格竞争力,光纤激光器功率一般不超过200W,这样也就限制了其最大的光点尺寸,无法提供足够的功率密度,一般焊点尺寸不超过75微米。这是光纤激光器一个最大的限制,这样在实际生产中,按配合公差和叠加公差来调节接头/部件时,往往无法保证±15毫米的误差范围。

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