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激光焊接机是选择连续激光器还是脉冲激光器?

激光焊接机是选择连续激光器还是脉冲激光器?

作者:
天弘激光
来源:
天弘激光
发布时间:
2021/02/26
【摘要】:
很多客户在选择激光焊接机时不知道是选择连续焊还是脉冲焊,因为这个问题涉及到成本、工艺、加工效率、光源以及后期设备改造升级等诸多因素,所以会比较难选择。天弘激光将从原理、光源、光束特点、各自焊接工艺的特点等几个方面做一些简单的阐述,以供大家了解。
很多客户在选择激光焊接机时不知道是选择连续焊还是脉冲焊,因为这个问题涉及到成本、工艺、加工效率、光源以及后期设备改造升级等诸多因素,所以会比较难选择。天弘激光将从原理、光源、光束特点、各自焊接工艺的特点等几个方面做一些简单的阐述,以供大家了解。
 
相关原理
激光器的分类有很多种方法,比如按照波长分类可以分为红外、可见、紫外;按激光工作物质划分有CO2激光器、光纤激光器、Nd3+:YAG固体激光器、Nd3+:YAG碟片激光器、直接半导体激光器、染料激光器等,而连续与脉冲的则是根据激光器的工作方式来判定。一般而言,激光光束在谐振腔内往返一次就会输出一次,不断往返(也叫高频振荡)也就形成了多次输出,当输出频次高到某一个临界值时,我们就称之为连续出光,否则称之为脉冲出光,相对应的激光器也就是连续激光器和脉冲激光器。
 
不过,学界和业内对于二者的划分并无一个统一明确的标准,比较通行的说法是当重复出光频率在102Hz及以下时,是为脉冲(简称Pulsed),102~103Hz时为准连续(简称QCW), 103~106Hz时为连续(简称CW),106~109Hz甚至更高时为超连续。比如大家很熟悉的金属切割领域,IPG、锐科等的光纤激光器典型频率参数是5000Hz,而早期的Nd3+:YAG固体激光切割机典型频率300Hz。在各自功率参数方面,连续激光器一般只给出功率,脉冲激光器会给出单脉冲功率,平均功率和脉宽及频率等,具体划算方法是:平均功率=单脉冲功率×脉宽×频率。
 
激光光源
在金属的激光焊接领域,一般来说脉冲焊接使用的激光器基本都是Nd3+:YAG固体激光器,而连续焊接大部分情况下使用的是光纤激光器,近年来随着工业级直接半导体激光器的不断成熟与稳定,其在连续焊里的应用也开始慢慢多了起来。不过随着激光器技术的慢慢发展,两者的界限开始变得不那么清晰。
 
Nd3+:YAG脉冲激光器的特点是脉冲出光,出光频率较低,较小功率的激光器可以发出超高的脉冲能量,比如,一台500W的脉冲激光器,单脉冲功率可以达到12KW甚至更高,如此一来,同等功率的脉冲激光器的焊接穿透力就大于光纤(连续)激光器。连续激光器的特点是超高出光频率和相对稳定且较低的单脉冲能量。有个简单的比喻可以说明他们间的区别,这两种工作方式,脉冲焊类似于打桩机打桩,虽然速度慢,但是每一次撞击都极有分量,而连续焊更像是电锤敲钉子,每次用力很小,但是锤击速度很快。
 
光束特点
众所周知,连续(光纤)激光器所发出光束是较典型的高斯光束,也就是在光心处功率密度非常高,功率密度沿光心向外而快速变小。而脉冲激光器光强则是平顶型分布,即在垂直于光束的表面,能量近似均匀分布。当然,直接半导体激光器光束分布也近似平顶分布,在此不作详述。
 
焊接工艺
连续焊接出光频率非常高,如果在采取了很好的焊接保护及合适的焊接参数的情况下,可以得到一条均匀而光滑的焊缝,这种焊缝基本不需要打磨或者抛光处理。而脉冲焊接由于出光频率较低,在工作中就可以听出清晰而间断的敲击声,得到的也是一条平整的鱼鳞状焊缝,有些类似于氩弧焊焊缝,或者根据需要,也会形成饱满的单点焊斑。在工艺加工过程中,连续焊接只需要选定合适的焊接轨迹、运行速度、功率大小等几个参数,相对简单,而脉冲焊接就需要对脉宽、出光频率,单脉冲功率、运行速度及脉冲波形等较多参数行进综合考虑,相对复杂。
 
另外,光纤激光光束在光心处能量密度密度非常高,且在现在的技术手段下,可以将激光光束耦合到芯径极细的能量传输光纤中,所以中高功率的光线激光器极适合做深熔焊,得到深宽比极大的焊缝。而脉冲激光光束平顶分布的特性,对于以薄板拼接焊为代表的热传导焊,有着较大的优势。

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