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激光焊接機是選擇連續激光器還是脈沖激光器?

激光焊接機是選擇連續激光器還是脈沖激光器?

作者:
天弘激光
來源:
天弘激光
發布時間:
2021/02/26
【摘要】:
很多客戶在選擇激光焊接機時不知道是選擇連續焊還是脈沖焊,因為這個問題涉及到成本、工藝、加工效率、光源以及后期設備改造升級等諸多因素,所以會比較難選擇。天弘激光將從原理、光源、光束特點、各自焊接工藝的特點等幾個方面做一些簡單的闡述,以供大家了解。
很多客戶在選擇激光焊接機時不知道是選擇連續焊還是脈沖焊,因為這個問題涉及到成本、工藝、加工效率、光源以及后期設備改造升級等諸多因素,所以會比較難選擇。天弘激光將從原理、光源、光束特點、各自焊接工藝的特點等幾個方面做一些簡單的闡述,以供大家了解。
 
相關原理
激光器的分類有很多種方法,比如按照波長分類可以分為紅外、可見、紫外;按激光工作物質劃分有CO2激光器、光纖激光器、Nd3+:YAG固體激光器、Nd3+:YAG碟片激光器、直接半導體激光器、染料激光器等,而連續與脈沖的則是根據激光器的工作方式來判定。一般而言,激光光束在諧振腔內往返一次就會輸出一次,不斷往返(也叫高頻振蕩)也就形成了多次輸出,當輸出頻次高到某一個臨界值時,我們就稱之為連續出光,否則稱之為脈沖出光,相對應的激光器也就是連續激光器和脈沖激光器。
 
不過,學界和業內對于二者的劃分并無一個統一明確的標準,比較通行的說法是當重復出光頻率在102Hz及以下時,是為脈沖(簡稱Pulsed),102~103Hz時為準連續(簡稱QCW), 103~106Hz時為連續(簡稱CW),106~109Hz甚至更高時為超連續。比如大家很熟悉的金屬切割領域,IPG、銳科等的光纖激光器典型頻率參數是5000Hz,而早期的Nd3+:YAG固體激光切割機典型頻率300Hz。在各自功率參數方面,連續激光器一般只給出功率,脈沖激光器會給出單脈沖功率,平均功率和脈寬及頻率等,具體劃算方法是:平均功率=單脈沖功率×脈寬×頻率。
 
激光光源
在金屬的激光焊接領域,一般來說脈沖焊接使用的激光器基本都是Nd3+:YAG固體激光器,而連續焊接大部分情況下使用的是光纖激光器,近年來隨著工業級直接半導體激光器的不斷成熟與穩定,其在連續焊里的應用也開始慢慢多了起來。不過隨著激光器技術的慢慢發展,兩者的界限開始變得不那么清晰。
 
Nd3+:YAG脈沖激光器的特點是脈沖出光,出光頻率較低,較小功率的激光器可以發出超高的脈沖能量,比如,一臺500W的脈沖激光器,單脈沖功率可以達到12KW甚至更高,如此一來,同等功率的脈沖激光器的焊接穿透力就大于光纖(連續)激光器。連續激光器的特點是超高出光頻率和相對穩定且較低的單脈沖能量。有個簡單的比喻可以說明他們間的區別,這兩種工作方式,脈沖焊類似于打樁機打樁,雖然速度慢,但是每一次撞擊都極有分量,而連續焊更像是電錘敲釘子,每次用力很小,但是錘擊速度很快。
 
光束特點
眾所周知,連續(光纖)激光器所發出光束是較典型的高斯光束,也就是在光心處功率密度非常高,功率密度沿光心向外而快速變小。而脈沖激光器光強則是平頂型分布,即在垂直于光束的表面,能量近似均勻分布。當然,直接半導體激光器光束分布也近似平頂分布,在此不作詳述。
 
焊接工藝
連續焊接出光頻率非常高,如果在采取了很好的焊接保護及合適的焊接參數的情況下,可以得到一條均勻而光滑的焊縫,這種焊縫基本不需要打磨或者拋光處理。而脈沖焊接由于出光頻率較低,在工作中就可以聽出清晰而間斷的敲擊聲,得到的也是一條平整的魚鱗狀焊縫,有些類似于氬弧焊焊縫,或者根據需要,也會形成飽滿的單點焊斑。在工藝加工過程中,連續焊接只需要選定合適的焊接軌跡、運行速度、功率大小等幾個參數,相對簡單,而脈沖焊接就需要對脈寬、出光頻率,單脈沖功率、運行速度及脈沖波形等較多參數行進綜合考慮,相對復雜。
 
另外,光纖激光光束在光心處能量密度密度非常高,且在現在的技術手段下,可以將激光光束耦合到芯徑極細的能量傳輸光纖中,所以中高功率的光線激光器極適合做深熔焊,得到深寬比極大的焊縫。而脈沖激光光束平頂分布的特性,對于以薄板拼接焊為代表的熱傳導焊,有著較大的優勢。

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