激光焊接机是选择连续激光器还是脉冲激光器？
作者：
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。
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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