激光焊接系統一般由激光器 、光學系統、激光加工導軌機床、過程參數檢測系統、保護氣體輸送系統、控制與檢測系統組成。激光器是整個系統的核心。 激光焊接要求激光器具有較高輸出額定,較寬的功率調節范圍,功率緩降能力,保證焊縫起始與結束的質量,工作穩定可靠,橫模為低階模或基模可用于焊接的激光器有CO2激光器、YAG激光器、LD泵浦固體激光器和半導體激光器、光纖激光器。 CO2氣體激光器是以CO2混合氣體做為激光活性介質,通過放電產生激勵。發射激光波長為10.6µm,電效率為10-15%。CO2激光特點是光束質量高,模式好穩定,輸出功率大,效率較高,應用廣泛成熟。 YAG固體激光器是以摻有釹(Nd)金屬離子的YAG晶體做為激光活性介質,發射1.06µm波長激光,電效率低于3%。固體激光器主要通過燈光(氪閃光或弧光燈)泵浦產生光學激勵,閃光激勵產生脈沖激光,弧光激勵產生連續激光。脈沖YAG激光器可以輸出較高的激光脈沖功率,但是平均功率低,連續YAG激光輸出功率可達千瓦級,YAG激光可通過光纖傳播,一般材料對YAG激光具有更高的吸收率。YAG激光波長短、吸收率高、可光纖傳輸、損失小、結構緊湊、體積小、重量輕、能量轉換率較低。泵浦激光的特點是功率達、質量好、效率高、體積小、可光纖傳輸、二極管泵浦YAG激光器吸收率高,總效率可達10%,器件使用壽命長,連續輸出條件下可達10000h,而且不需要任何維護,而燈泵浦的激光器壽命只有1000h。隨著制造成本的降低,二極管激光器的應用越來越多。二極管激光器光束質量好,有利于獲得更高的焊接速度和更大的工作距離。 大功率半導體激光器已趨與成熟,商品化的激光器功率已達到數千瓦。大功率半導體激光器光束能量分布均勻,光斑形狀可以根據需要任意調節,電光轉換率高,結構緊湊,重量很輕,便于現場應用。缺點是光束質量一般,發散度較高。 光纖激光器采用摻稀土元素的玻璃光纖作為增益介質,稀土離子吸收通過光纖耦合器的輸入端泵浦光源,通過其電子激勵較高的激發能級上,實現離子數反轉。反轉后離子以輻射形成從高能級轉移到基態輸出激光。通過逐級放大模式可形成更大功率,現在應用領域越來越廣泛。 |