激光焊接系统一般由激光器 、光学系统、激光加工导轨机床、过程参数检测系统、保护气体输送系统、控制与检测系统组成。激光器是整个系统的核心。 激光焊接要求激光器具有较高输出额定,较宽的功率调节范围,功率缓降能力,保证焊缝起始与结束的质量,工作稳定可靠,横模为低阶模或基模可用于焊接的激光器有CO2激光器、YAG激光器、LD泵浦固体激光器和半导体激光器、光纤激光器。 CO2气体激光器是以CO2混合气体做为激光活性介质,通过放电产生激励。发射激光波长为10.6µm,电效率为10-15%。CO2激光特点是光束质量高,模式好稳定,输出功率大,效率较高,应用广泛成熟。 YAG固体激光器是以掺有钕(Nd)金属离子的YAG晶体做为激光活性介质,发射1.06µm波长激光,电效率低于3%。固体激光器主要通过灯光(氪闪光或弧光灯)泵浦产生光学激励,闪光激励产生脉冲激光,弧光激励产生连续激光。脉冲YAG激光器可以输出较高的激光脉冲功率,但是平均功率低,连续YAG激光输出功率可达千瓦级,YAG激光可通过光纤传播,一般材料对YAG激光具有更高的吸收率。YAG激光波长短、吸收率高、可光纤传输、损失小、结构紧凑、体积小、重量轻、能量转换率较低。泵浦激光的特点是功率达、质量好、效率高、体积小、可光纤传输、二极管泵浦YAG激光器吸收率高,总效率可达10%,器件使用寿命长,连续输出条件下可达10000h,而且不需要任何维护,而灯泵浦的激光器寿命只有1000h。随着制造成本的降低,二极管激光器的应用越来越多。二极管激光器光束质量好,有利于获得更高的焊接速度和更大的工作距离。 大功率半导体激光器已趋与成熟,商品化的激光器功率已达到数千瓦。大功率半导体激光器光束能量分布均匀,光斑形状可以根据需要任意调节,电光转换率高,结构紧凑,重量很轻,便于现场应用。缺点是光束质量一般,发散度较高。 光纤激光器采用掺稀土元素的玻璃光纤作为增益介质,稀土离子吸收通过光纤耦合器的输入端泵浦光源,通过其电子激励较高的激发能级上,实现离子数反转。反转后离子以辐射形成从高能级转移到基态输出激光。通过逐级放大模式可形成更大功率,现在应用领域越来越广泛。 |