在激光焊接領(lǐng)域，無(wú)論是作為客戶的使用方還是作為供應(yīng)商的設(shè)備方，一旦一個(gè)激光焊接項(xiàng)目擺在面前，幾乎首要考慮的就是采用脈沖焊還是連續(xù)焊。因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題涉及到成本、工藝、加工效率、光源以及后期設(shè)備改造升級(jí)等諸多因素，所以不得不謹(jǐn)慎對(duì)待。本文從原理、光源、光束特點(diǎn)、各自焊接工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍等幾個(gè)方面做一些簡(jiǎn)單的闡述，以供參考。
圖1 半導(dǎo)體激光器連續(xù)焊鍍鋅板
圖2 Nd3+:YAG激光器脈沖焊不銹鋼板
一、 相關(guān)原理
激光器的分類有很多種方法，比如按照波長(zhǎng)分類可以分為紅外、可見(jiàn)、紫外；按激光工作物質(zhì)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（通快獨(dú)有）、直接半導(dǎo)體激光器、染料激光器等，而連續(xù)與脈沖的則是根據(jù)激光器的工作方式來(lái)判定。一般而言，激光光束在諧振腔內(nèi)往返一次就會(huì)輸出一次，不斷往返（也叫高頻振蕩）也就形成了多次輸出，當(dāng)輸出頻次高到某一個(gè)臨界值時(shí)，我們就稱之為連續(xù)出光，否則稱之為脈沖出光，相對(duì)應(yīng)的激光器也就是連續(xù)激光器和脈沖激光器。不過(guò)，學(xué)界和業(yè)內(nèi)對(duì)于二者的劃分并無(wú)一個(gè)統(tǒng)一明確的標(biāo)準(zhǔn)，比較通行的說(shuō)法是當(dāng)重復(fù)出光頻率在102Hz及以下時(shí)，是為脈沖（簡(jiǎn)稱Pulsed），102~103Hz時(shí)為準(zhǔn)連續(xù)（簡(jiǎn)稱QCW）, 103~106Hz時(shí)為連續(xù)（簡(jiǎn)稱CW），106~109Hz甚至更高時(shí)為超連續(xù)。比如大家很熟悉的金屬切割領(lǐng)域，IPG、銳科等的光纖激光器典型頻率參數(shù)是5000Hz，而早期的Nd3+:YAG固體激光切割機(jī)典型頻率300Hz。在各自功率參數(shù)方面，連續(xù)激光器一般只給出功率，脈沖激光器會(huì)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。
二、 激光光源
在金屬的激光焊接領(lǐng)域，一般來(lái)說(shuō)脈沖焊接使用的激光器基本都是Nd3+:YAG固體激光器，而連續(xù)焊接大部分情況下使用的是光纖激光器，近年來(lái)隨著工業(yè)級(jí)直接半導(dǎo)體激光器的不斷成熟與穩(wěn)定，其在連續(xù)焊里的應(yīng)用也開(kāi)始慢慢多了起來(lái)。不過(guò)隨著激光器技術(shù)的慢慢發(fā)展，兩者的界限開(kāi)始變得不那么清晰，比如通快公司的碟片激光器（連續(xù)出光）嚴(yán)格來(lái)說(shuō)也是一種Nd3+:YAG固體激光器，且光纖脈沖激光器也開(kāi)始應(yīng)用于金屬焊接。當(dāng)然，本文中還是討論較普遍的情況。
Nd3+:YAG脈沖激光器的特點(diǎn)是脈沖出光，出光頻率較低，較小功率的激光器可以發(fā)出超高的脈沖能量，比如，一臺(tái)500W的脈沖激光器，單脈沖功率可以達(dá)到12KW甚至更高，如此一來(lái)，同等功率的脈沖激光器的焊接穿透力就大于光纖（連續(xù)）激光器。連續(xù)激光器的特點(diǎn)是超高出光頻率和相對(duì)穩(wěn)定且較低的單脈沖能量。有個(gè)簡(jiǎn)單的比喻可以說(shuō)明他們間的區(qū)別，這兩種工作方式，脈沖焊類似于打樁機(jī)打樁，雖然速度慢，但是每一次撞擊都極有分量，而連續(xù)焊更像是電錘敲釘子，每次用力很小，但是錘擊速度很快。
圖3 Nd3+:YAG激光器
圖4 連續(xù)光纖激光器
三、光束特點(diǎn)
眾所周知，連續(xù)（光纖）激光器所發(fā)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(qiáng)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(dāng)然，直接半導(dǎo)體激光器光束分布也近似平頂分布，在此不作詳述。
圖5 高斯光束的能量能量分布
圖6 平頂光束的能量分布
四、焊接工藝
連續(xù)焊接出光頻率非常高，如果在采取了很好的焊接保護(hù)及合適的焊接參數(shù)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(tīng)出清晰而間斷的敲擊聲，得到的也是一條平整的魚(yú)鱗狀焊縫，有些類似于氬弧焊焊縫，或者根據(jù)需要，也會(huì)形成飽滿的單點(diǎn)焊斑。在工藝加工過(guò)程中，連續(xù)焊接只需要選定合適的焊接軌跡、運(yùn)行速度、功率大小等幾個(gè)參數(shù)，相對(duì)簡(jiǎn)單，而脈沖焊接就需要對(duì)脈寬、出光頻率，單脈沖功率、運(yùn)行速度及脈沖波形等較多參數(shù)行進(jìn)綜合考慮，相對(duì)復(fù)雜。
圖6 脈沖焊焊斑（焊點(diǎn)）
圖6 連續(xù)焊焊縫
另外，光纖激光光束在光心處能量密度密度非常高，且在現(xiàn)在的技術(shù)手段下，可以將激光光束耦合到芯徑極細(xì)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(duì)于以薄板拼接焊為代表的熱傳導(dǎo)焊，有著較大的優(yōu)勢(shì)。
五、應(yīng)用情況
連續(xù)（光纖）激光器因?yàn)槠涓叻€(wěn)定性、低功耗、高效率、極高的光束質(zhì)量與能量密度等特點(diǎn)，近幾年在焊接領(lǐng)域不斷攻占原本屬于CO2激光器和Nd3+:YAG固體激光器的市場(chǎng)，未來(lái)市場(chǎng)份額還不不斷擴(kuò)大。而Nd3+:YAG固體激光器因發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，市場(chǎng)保有量巨大，未來(lái)在一些特殊領(lǐng)域還會(huì)大有可為。
如前文已經(jīng)提到，目前在市場(chǎng)上，連續(xù)焊多用于深熔焊，如在汽車(chē)零配件領(lǐng)域基本都是采用光纖（連續(xù)）激光器進(jìn)行焊接，并隨著光纖激光技術(shù)及直接半導(dǎo)體激光技術(shù)不斷發(fā)展，連續(xù)焊會(huì)應(yīng)用到更多領(lǐng)域。另外，連續(xù)焊接加工以其極高的效率和穩(wěn)定性很好的契合了目前制造業(yè)從手工、半自動(dòng)化的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向智能化、自動(dòng)化的大趨勢(shì)。脈沖焊的市場(chǎng)未來(lái)會(huì)繼續(xù)萎縮，尤其是現(xiàn)階段，光纖激光器已經(jīng)發(fā)展出足以與其抗衡的準(zhǔn)連續(xù)激光器。但是我們也已更改看到，Nd3+:YAG固體激光器成本低廉，使用簡(jiǎn)單易維護(hù)，很多特殊材料和特殊焊接要求都要需要使用脈沖焊等特點(diǎn)，也使得脈沖焊未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都會(huì)一直存在。
六、結(jié)語(yǔ)
如何選擇兩種焊接方式，是一個(gè)需要綜合考慮的問(wèn)題，價(jià)格、使用成本、工藝要求、生產(chǎn)效率等因素都應(yīng)該兼顧到。脈沖焊效率低，使用成本高，但是成本低、單脈沖能量高；連續(xù)焊效率高、運(yùn)營(yíng)成本低但價(jià)高較高，兩者各有優(yōu)劣，所以各有不同的應(yīng)用范圍。如果在前期規(guī)劃階段沒(méi)有謹(jǐn)慎思考與驗(yàn)證，后期在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多意想不到的問(wèn)題，導(dǎo)致客戶對(duì)公司的信任度下降，這對(duì)雙方都是一種損失。其實(shí)說(shuō)起來(lái)也很簡(jiǎn)單，沒(méi)有最好的激光焊接方式，只有最適合客戶的激光焊方案，華俄激光努力為客戶提供最優(yōu)質(zhì)最合適的解決方案，找到合適的焊接方式，哪怕是低端的脈沖激光器，也能為客戶創(chuàng)造非常高的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)雙贏!
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