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激光焊接(1)
双击自动滚屏 发布者:chianweld 发布时间:2/28/2007 阅读:20640

  

 

 

 

       

 

 

(一)

 

 

1  激光焊接技术的兴起及发展

1960年发明第一台激光器以来,人们对激光的特性进行了研究,并论证了激光的应用前景。在1964年~1965年相继发明了CO2YAG激光器后才进一步证实了激光加工材料的可行性,这是因为这两种激光器可以产生高的平均功率和峰值功率。经过物理对激光特性和激光束与物质相互作用要理的研究,激光技术的应用领域才不断明确和具体化。激光焊接技术是激光工业应用的一个重要方面,在激光出现不久就有人开始了激光焊接技术的研究。目前,常用的激光加工技术和其对应的能量范围如图1所示。

激光焊接技术经历曲脉冲波向连续波的发展,有效功率薄板焊接向大功率厚件焊接发展,由单工作台单工件加工向多工作台多工件同时焊接发展,以及由简单焊缝形状向可控的复杂焊缝形状发展,激光收集物质也包含了多种气体和固体晶体。激光焊接的应用也随着激光焊接技术的发展而发展,目前,激光焊接技术已在航空航天、武器制造、船舶工业、汽车制造、压力容器制造、民用及医用等多个领域。很多学者将激光加工连同电子束加工和离子束加工并称为21世纪最具有发展前景及最有效的加工技术。

早期的激光焊接研究试验大多数是利用红宝石脉冲激光器,当时虽然能够获得较高的脉冲能量,但是这些激光器的平均输出功率却相当低,这主要是由激光器很低的工作效率和发光物质的受激性所决定的。目前,激光焊接主要使用CO2激光器和Nd:YAG激光器。Nd:YAG激光器。Nd:YAG激光器由于具有较高的平均功率,在它出现之后就成为激光点焊和激光缝焊的优选设备。Ready1971年曾指出激光焊接与电子束焊接的显著区别在于激光幅射不能产生穿孔焊接方式。而实际上,当激光脉冲能量达到106W/cm2时,就会在被焊接金属材料焊接界面上形成焊孔,小孔的形成条件得到满足,从而就可以利用激光束进行深熔焊接。同时小孔的建立与维持需要一定的时间,因此,使用脉冲激光进行焊接时,小孔就不易向深处扩展,也就不易产生深熔焊。

20世纪70年代以前,由于高功率连续波形(CW)激光器尚未开发出来,所以研究重点集中在脉冲激光接(PW)上。早期的激光焊接研究实验大多数是利用红宝石脉冲激光器,1ms脉冲典型的峰值输出功率Pm5kW左右,脉冲能量Jp15J,脉冲频率ƒ≤1Hz。当时虽然能够获得较高的脉冲能量,但这些激光器的平均输出功率Pa却相当低,这主要是由激光器很低的工作效率和发光物质的受激形状决定的。NdYAG激光器由于具有较高的平均功率,在它出现之后很快应成为点焊和缝焊的优选设备,其焊接过程是通过焊点搭接而进行的,直到1kW以上的连续功率波形激光器诞生以后,具有真正意义的激光缝焊才得以实施。

随着千瓦级连续CO2激光器焊拉试验的成功,激光焊接技术在20世纪70年代初取得了突破性进展。在大厚度不锈钢试件上进行CO2激光焊接,形成了穿透熔深的焊缝,从而清楚地表明了小孔的形成,而且激光焊接产生的深熔焊缝与电子束焊接相似。这些利用CO2激光器进行金属焊接的早期工作证明了高功率连续激光焊接的巨大潜能。日本、德国、英国和前苏联等国的研究人员也相继报道了高功率CO2激光焊接技术的发展及其优化。CO2激光焊接继续的发展集中于如何获得高光束质量的致密可靠的激光源,如何理解和解释接头设计、焊接速度、光束聚焦和等离子体效应之间的复杂相互作用及其与焊接性能的关系。除少数特例外,在这些研究中,基本不采用功率高于20kW激光器进行焊接,事实上,激光焊接工艺开发与发展的后来实际工作表明,使用功率超过1215kW的激光器进行激光焊接,并不会获得更好的效益,除非应用在焊接速度及高级金属工件厚度极大的场合。

由于金属对钕玻璃激光反射率远远低于CO2激光,因此,相对于CO2激光器来讲,使用功率大大降低的钕玻璃激光进行焊接就可以获得与CO2激光焊接相当的焊接质量,光纤传导技术可以较好地应用于钕玻璃激光,而CO2激光则不具备这种性能。

在钕玻璃与NdYAG激光点焊的早期开发中,1.06μm波长的激光功率只有几百瓦。由于大多数金属的反射率在1.06μm波长的激光下,远远低于在CO21.06μm激光波长的作用下,因此相对于CO2激光器来说,使用平均功率大幅度降低的1.06μm波长的固体激光器(钕玻璃或NdYAG)进行激光焊接,可获得相当好的焊接质量。而且,光纤传导技术可以较好地应用于1.06μm波长的激光,甚至功率高于4kW也是可行的,而CO2激光则不具备这种性能。在20世纪80年代初期,NdYAG激光的平均输出功率范围为2001000W,而高功率激光仅能在多模下获得脉冲能量范围为5100J/脉冲,对于脉宽为0.110ms的脉冲频率可达200Hz。目前,功率为2kW的连续及脉冲固体激光器已经在材料的激光焊接领域得到了较为广泛的应用。

CO2激光的发展重点仍然集中于设备的开发研制,但是已不在于提高最大输出功率,而在于如何提高光束的质量及其聚焦性能。与CO2激光器发展不同的是,NdYAG激光焊接系统的发展趋势仍然是如何提高平均功率,这个发展趋势受到高质量生长困难和激光技术的限制,此外,NdYAG激光的导光与传输系统也有待于得到进一步的改善和优化。目前,已有学者报道了平均功率为4kWNdYAG激光焊接的实验数据。用于激发高功率NdYAG晶体的二极管激光组合的应用是一项重要的发展课题,必将大大提高激光束的质量,并形成更加有效的激光加工。采用直接二极管阵列激发输出波长在近红外区域的激光,其平均功率已达1kW,光电转换率接近50%。这些激光设备和技术将会在激光焊接应用方面向CO2激光器和NdYAG激光器发起挑战。

激光焊接工艺能够向工件传输高于10kW/mm2的能量密度,因此,激光焊接能够形成深宽比较大的、小孔状的熔深。众所周知,激光焊接工艺有两大缺点和难题,即很高的成本和较低能量转换率。然而激光焊接也有许多优势所在,如热源和光路容易操纵、控制简单、工件的变形小、热影响区小,精确性和自动化程度高,大多数情况下不需要真空室等。激光焊接的这些优点足以弥补其不足。由于激光束能够获得相当高的能量密度,而且是一种清洁并可以方便控制的热源,所以,激光加工引起了生产和科研领域的广泛关注和浓厚兴趣。根据激光加工工作方式可分为连续波激光和脉冲激光。在激光加工开发的早期,能够进行材料熔化、切割与焊接的激光器多为脉冲输出的固体激光器(如钕玻璃和NdYAG),连续波型激光器不具备材料加工所需要的足够的输出功率。然而近二十年中,高功率连续波CO2气体激光器(激光波长1.06μm)和固态NdYAG激光器(激光波长1.06μm)的发展导致激光输出为热源的加工应用日趋增多和普遍,应用领域包括激光切割、焊接、热处理、表面改性等。目前几乎所有用于焊接和热处理的固体NdYAG激光器都与光导纤维系统组合使用,具有革新性的纤维传送系统与NdYAG激光器结合大大增加了激光加工系统的方便性与灵活性,这种组合系统对于工业上的多工作台同时加工及机器人或机械手操纵非常理想。而且NdYAG激光器比CO2激光器更适合焊接高反射率的材料(如黄铜合金和铝合金等),这是由于NdYAG激光比CO2激光具有更短的波长,从而可获得较高的功率密度。值得注意的是,对于相同的平均功率,脉冲NdYAG激光比连续NdYAG可获得更大的熔深。

在航空工业以及其他许多应用中,激光焊接能够实现很多类型材料的连接,而且激光焊接通常具有许多其他熔焊工艺所无法比拟的优越性,尤其是激光焊接能够连接航空与汽车工业中比较难焊的薄板合金材料,如铝合金等,并且构件的变形小,接头质量高,重现性好。激光加工的另一项具有吸引力的应用方面是利用了激光能够实现局部小范围加热的特性,激光所具有的这种特点使其非常适合于印刷电路板一类的电子器件的焊接,激光能在电子器件上非常小的区域内产生很高的平均温度,而接头以外的区域则基本不受影响。

2  激光焊接的原理及过程

2.1 金属与激光的相互作用

2.1.1  金属材料对激光的反射

用不同类型的激光器加工时,应该注意到,材料的反射系数及吸收的光能取决于激光辐射的波长:激光器辐射波长越短,金属的反射系数就越小,所吸收的光能就越多,金属对激光的反射因激光的波长而不同。

反射率与金属表面的粗糙度有关,镜面的反射率最高。AuCuMo的反射率特别高,常可用来作反射镜。但是由于钢铁对红外波长的激光的反射率也很高,给激光加工带来不利的一面,但钢、铁工件的表面经黑化处理以后,能吸收80%以上的激光功率。

当能量Eo为的激光照射到材料表面时,部分能量被反射,用ER表示;部分能量被吸收,用EA表示;对透明材料,还有部分能量被透射,用ET表示,如前所述有:

                       EoEREAET

                          1=ρR+ρA+ρT                                            1

式中    ρR──反射率;

ρA──吸收率;

ρT──透射率。

对于不透明的材料,ETO,则有

                          1=ρR+ρA

2.1.2  金属材料对激光的吸收

激光照射在金属表面,一部分被反射,其余部分被吸收,所吸收的激光功率在固体内部按下述规律变化:

                         qv (z) qvo (1R)e-αz                                         2

式中      qv (z)qvo──分别为距固体表面z处和表面上的体积功率密度,W/cm3

R──反射率;

α──吸收系数,cm-1,多数金属的吸收系统α≈105106cm-1

激光吸入金属材料的深度,只限于表面下10-5cm的范围。根据现代的研究认为:光子的能量主要被导电电子所吸收,电子气在10-1110-10s内将能量传给晶格,在时间大于10-9s以后便可以认为电子气温度与晶格温度相等了,从而建立起金属表面的总温度T的概念。所以激光对金属的加热,可以看作是一种表面热源,在表面层光能变为热能,其向金属深处的传播遵循一般的热传导规律。

金属对波长1.06μmCO2激光的吸收随温度变化而变化,其变化曲线见图2

在熔化温度时,吸收率急剧增加。多数金属在熔化使其电导率急剧减小到1/21/3,这就必然导致反射率与导热率的突变。表面熔化后吸收率的增大,对激光焊接提供了有利条件。图2还表示出在固态时由于使用表面涂层而使吸收率提高的情况。

激光作用下金属表面将发生非常复杂的变化,在激光的照射下材料表面被加热并向材料深处传导,激光功率密度增大时表面将熔化,功率密度进一步增大,金属表面将瞬时汽化。功率密度更高时,表面附近的金属蒸气及气体变为等离子体,反而对激光起到屏蔽作用,激光为相干光,辐射于材料表面时,如遇到微粒或台阶,被反射而沿材料表面传播的等波长的光波,会与辐射的激光波相干涉,而在熔融的表面上形成同心圆或平行于台阶的波纹。

功率密度很大的激光脉冲作用于材料的表面时,材料瞬时汽化,汽化粒子高速飞出对表面产生很大的反冲力,在材料中形成很强的冲击波,因而能对材料进行冲击硬化。

激光在材料表面的反射、透射和吸收本质上是光波的电磁场与材料相互作用的结果。光波入射材料时,材料中的带电粒子随着光波电矢量的步调振动起来。由于电子比较轻,通常被光波激发的是自由电子或束缚电子的振动。红外光的频率较低,它也有可能激起非金属中比较重的带电粒子(离子)的振动。由于带电粒子的振动,原子将成为振荡电偶极子而辐射出次电磁波──次波,次波之间以及次波与入射波之间是相干的,从而形成一定的反射波和透射波。

综上所述,物质吸收激光后首先产生的不是热,而是某些质点的过量能量──自由电子的动能、束缚电子的激发能、甚至还有过量的声子。这些有序的原始激发能要经历两个步骤才能够转化为热能。第一步是受激粒子运动的空间和时间随机化。这个过程在粒子的碰撞时间(弛豫时间)内完成,这个时间比最短的激光脉宽还要短,甚至可能短于光波周期。第二步是能量在各质点间的均布。这个过程包含有大量的碰撞和中间状态,而以非金属材料尤甚。其中可能存在若干能量转换机制,每种转换又具有特定的时间常数。例如,金属中受激运动的自由电子通过与晶体点阵的碰撞将多余能量转化为晶体点阵的振动。

为描述激光辐照的热效果,人们常常忽略复杂的、具体的弛豫途径,而用一种的能量弛豫时间τE表示辐射区内能量均匀化过程的特征。对于金属来说,τE的典型值为10-13s;而对于非金属,τE10-1210-6s。具体数值与材料和辐照激光的功率密度有关。总之,弛豫时间很短,除非讨论用锁模超短脉冲激光辐照材料的瞬变过程,对于一般激光加工,均可认为材料吸收的光能向热能的转换是瞬间发生的。在这个瞬间,热能仅仅局限于材料的激光辐照区。通过随后的热传导,热量由高温区向低温区流动。

2.1.3  激光作用终止,熔化金属凝固

焊接过程中,工件和光束做相对运动,由于剧烈蒸发的驱动力使小孔前沿形成的熔化金属沿某一角度得到加速,在小孔的近表面形成如图3所示的大旋涡,此后,小孔后方液体金属由于传热的作用,温度迅速降低,液体金属很快凝固形成焊缝。

2.2  激光焊接原理

按激光束的输出方式的不同,可以把激光焊分为脉冲激光焊和连续激光焊。若根据激光焊时焊缝的形成特点,又可以把激光焊分为热导焊和深熔焊。前者使用激光功率低,熔池形成时间长,且熔深浅,多用于小型零件的焊接;后者使用的激光功率密度高,激光辐射区金属熔化速度快,在金属熔化的同时伴随着强烈的汽化,能获得熔深较大的焊缝,焊缝的深宽比较大,可达12:1。图4表明了熔化过程的演变。

激光焊接时,激光通过光斑向材料“注入“热量(激光光斑直径小于1mm),材料的升温速度很快,表面以下较深处的材料能在极短的时间内达到很高的温度。焊件的穿透深度可以通过激光的功率密度来控制。经验表明,合理聚焦的1kW的激光束,以1m/min的速度焊接钢件时可以获得熔深1.5mm的焊缝。激光焊输入的热量明显低于电弧焊和气焊,可以获得近似垂直的深而窄的焊缝,且热影响区窄,焊件变形小。对钢板的焊接,当功率密度为104W/mm2时焊接速度可以达到每分钟数十米。由于功率密度高可以是多层薄钢板一次实现焊接。激光束斑的直径较小,可以准确地对准焊件上的焊点,由于激光焊的焊接接头没有严重的应力集中,表现出良好的抗疲劳性能和高的抗拉强度。激光焊通常要求良好的工件装卡机构,要求被焊件有较高的装配精度,以便能使实际光束和焊接部位精确对中;另外,激光焊接机体积较大,价格昂贵,一次性投资较大。激光的能量可以灼伤人的身体,所以激光焊机,特别是激光束经常移动的焊机,应该设有保护装置。激光可以进行平焊、垂直焊和仰焊。在选择激光与熔池的作用时,应该考虑到不要让飞溅的熔渣和金属蒸气损伤聚焦镜。带有保护窗口的激光加工头,能防止金属蒸气和焊渣对光学组件的沉积和溅射。垂直激光焊时应在焊件的下面垫上衬板,以免烧伤机床表面。

1)传热焊

采用的激光光斑功率密度小于105W/cm2时,激光将金属表面加热到熔点和沸点之间。焊接时,金属材料表面将所吸收的激光能转变为热能,使金属表面温度升高而熔化,然后通过热传导方式把热能传向金属内部,使熔化区逐渐扩大,凝固后形成焊点或焊缝,其熔深轮廊近似为半球形,这种焊接机理称为传热焊。其特点是:激光光斑的功率密度小,很大一部分光被金属表面所反射,光的吸收率较低,焊接熔深浅,焊接速度慢。主要用于薄(厚度1mm)、小工件的焊接加工。

2)深熔焊

当激光光斑上的功率密度足够大时(≥106W/cm2),金属在激光的照射下被迅速加热,其表面温度在极短的时间内升高到沸点,使金属熔化或汽化,产生的金属蒸气以一定速度离开熔池,逸出的蒸气对熔化液态金属产生一个附加压力,使熔池金属表面向下凹陷,在激光光斑下产生一个小凹坑。当光束在小孔底部继续加热时,所产生的金属蒸气一方面压迫坑底的液态金属使小坑进一步加深;另一方面,向坑外飞出的蒸气将熔化的金属挤向熔池四周,此过程连续进行下去,便在液态金属中形成一个细长的孔洞。当光束能量所产生的金属蒸气的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后,小孔不再继续加深,形成一个深度稳定的孔而进行焊接,因此称之为激光深熔焊。如果激光功率足够大而材料相对较薄,激光焊形成的小孔贯穿整个板厚且背面可以接受到部分激光,这种方法也可称之为薄板激光小孔效应焊。从机理上看,这两种焊接方法的前提都是焊接时存在小孔,两者没有本质的区别,小孔周围为熔池金属所包围,熔化金属的重力及表面张力有使小孔弥合的趋势,而连续产生的金属蒸气则力图维持小孔的存在。随光束的运动,小孔将随着光束运动但其形状和尺寸却是稳定的。

小孔的前方形成一个倾斜的烧蚀前沿。在这个区域,小孔的周围存在压力梯度和温度梯度。在压力梯度的作用下,烧熔材料绕小孔的周边由前沿向后沿流动。温度梯度沿小孔的周边建立了一个前面大后面小的表面张力,这就进一步驱使熔融材料绕小孔周边由前沿向后沿流动,最后在小孔后方凝固起来形成焊缝。激光焊接时伴有声音和颜色的变化,可据此监控焊接过程。

2.3  激光焊接的特点

激光焊接具有其独到的特点,在激光焊接过程中,当激光束触及到金属材料时,其能量通过热传导传输到工件表面以下更深处。在激光热源的作用下,材料熔化、蒸发,并穿透工件的厚度方向形成狭长空洞,随着激光焊接的进行,小孔在两工件间的接缝区域移动,进而形成焊缝。激光焊接的显著特征是大熔深、窄焊道、小热影响区以及高功率密度。

激光焊接代表着一种在微小区域内加热与冷却之间的精细平衡。激光焊接的目的是通过辐射吸收产生液态熔池,并使之长到理想尺寸,然后沿固体界面移动,消除被焊构件的初始缝隙,形成高质量焊缝。熔池过大、过小或者蒸发严重,都将导致焊接失败。此外,焊缝的最终质量还可能因其他因素的改变而恶化,如合金成分的蒸发,过大的热梯度以及焊接熔池体积与几何形状的不稳定等。

激光焊以高能量密度的激光作为光源,对金属进行熔化形成焊接接头。与一般焊接方法相比,激光焊具有以下特点。

① 聚焦后的激光具有很高的功率密度(105107W/cm2或更高),焊接以深熔方式进行;由于激光加热范围小(<1mm)在同等功率和焊接厚度条件下,焊接速度高,热输入小,热影响区小,焊接应力和变形小。

② 激光能发射、透射,能在空间传播相当距离而衰减很小,可以进行远距离或一些难以接近的部位的焊接;激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输、偏转、聚焦,特别适合于微型零件及可达性很差部位的焊接。

③ 一台激光器可供多个工作台进行不同的工作,既可用于焊接,又可用于切割、合金化和热处理,一机多用。

④ 激光在大气中损耗不大,可以穿过玻璃等透明物体,适用于在玻璃制成的密封容器里焊接铍合金等剧毒材料;激光不受电磁场影响,不存在X射线防护,也不需要真空保护。

⑤ 可以焊一般焊接方法难以焊接的材料,如高熔点金属等,甚至可用于非金属材料的焊接,如陶瓷、有机玻璃;焊后无需热处理,适合于某些对热输入敏感的材料的焊接。

⑥ 属于非接触焊接,接近焊区的距离比电弧焊的要求低,焊区材料的疲劳强度比电子束高。与电子束焊相比,不需要真空设备,而且不产生X射线,也不受磁场干扰。

⑦ 当激光束进入熔融孔道时,光束反复反射并与孔壁金属表面相互作用(即壁聚焦效应)过程中。如遇到夹杂物(如氧化物、硅化物)时,便首先被吸收。不纯杂质有选择地被加热并被汽化而逸出焊。激光焊接焊透的韧性与母材相当或高于母材。在SMA焊、GMA焊、激光焊、电子束焊四种焊接方法中,激光焊接的硬度最高,又由于热影响区极窄,对金属组织变化的影响可不作考虑。

目前影响大功率激光焊扩大应用的主要障碍是:激光特别是高功率连续激光器,价格昂贵;对焊件加工、组装、定位要求很高;激光器的电光转换及整体效率很低。

3  激光焊接的分类及其实现方式

根据激光对工件的作用方式或激光束输出方式的不同,可以把激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接。前者形成一个个圆形焊点,后者形成一条连续的焊缝。脉冲焊接时,输入到工件上的能量是断续的、脉冲的。脉冲激光焊中大量使用的脉冲激光器主要是YAG激光器。YAG激光器适用的重复频率宽。此外还可以将连续输出的YAG激光器和CO2激光器用于脉冲焊接,最简单的办法就是打开或关闭装在激光器上的光闸。

根据实际作用在工件上的功率密度或激光焊接时焊缝的形成特点,又可以把激光焊接分为热传导焊接和深熔焊接(小孔激光焊接)两类。热传导激光焊,激光功率密度较低,一般小于105W/cm2;而深熔焊接功率密度较大,一般大于或等于105W/cm2

热传导焊接时,工件表面温度达不到材料的沸点,光束不能通过熔化金属直接加热下层固态金属,下层吸收的光能转变为热能后,通过热传导将工件加热熔化,形成的焊缝类似氩弧焊焊缝,无小孔效应,焊接过程与非熔化极电弧焊相似,熔池形状近似为半球形,其使用的激光功率密度低,熔池形成时间长,且熔深较浅,多用于小型零件的焊接。

深熔焊接时,使用的激光密度较高,激光辐射区金属的熔化速度快,金属表面在光束作用下,温度迅速上升到沸点,金属熔化的同时伴随着强烈的汽化,蒸发形成的蒸气压力、反冲力等能克服熔融金属的表面张力以及液体的静压力等排开熔化金属而形成小孔,激光束可以直接深入材料内部,因此能获得熔深较大的焊缝。

3.1  脉冲激光焊

脉冲激光焊类似于点焊,每个激光脉冲在金属上形成一个焊点,主要应用于微型、精密元件和微电子元件的焊接。脉冲激光焊工艺和参数如下。

1)焊接接头形式

脉冲激光焊加热斑点微小(约微米数量级),因而用于薄片(0.1mm厚)、薄膜和金属丝的工件。如果使焊点重合,还可以进行一些零件的封装焊。

2)脉冲激光焊参数

① 脉冲能量和宽度  脉冲激光焊时,脉冲能量主要影响金属的熔化量,脉冲宽度则影响熔深。

② 功率密度  激光焊接时功率密度由下式决定:

                                                                                                 

                             4E

                       ρ= ───                                                          3

πd2tp

                                                                                                     

式中    ρ──激光光斑上的功率密度,W/cm2

E──激光脉冲的能量,J

d──光斑直径,cm

tp──脉冲宽度,s.

点直径和深度完全由热传导决定。当ρ达到106W/cm2时,将产生小孔效应,形成深宽比大于1的焊点,金属略有汽化,但汽化量很小,不影响焊点的形成。在前面两种功率密度之间焊接时,焊接过程不稳定,难以获得良好焊点。ρ过大后,金属汽化的很激烈,导致汽化金属量过多,在焊点中形成一个不能被液态金属填满的小孔,而不能形成牢固的焊点。

3.2  热传导焊接

热传导型激光焊接,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于激光焊接加热速度快、焊点小、焊缝窄、热影响区小,因而焊接变形小,精度高,焊接质量也很好,目前在汽车、飞机等有代表性的工业制造部门中,已经大量采用了这种方法。激光焊接时,由于不与被焊材料接触,所以能焊接难于接近的部位,而且还可以通过透明材料的壁甚至水下进行焊接。它能把绝缘材料和导体材料直接焊接,能焊有色金属,也能焊异种金属。一般情况下,激光材料焊接时无需其他复杂的辅助设备和环境。

3.2.1  热传导焊的工艺参数

1)功率密度

对于采用连续激光束进行焊接加工,功率密度是最关键的参数之一。采用较高的功率密度(106W/cm2),在微秒级时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度(<106W/cm2),表层温度达到沸点需经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此在传导型激光焊接中,功率密度的范围在104106W/cm2

根据热传导方程分析,可求出在一定脉宽条件下,在确定材料的既定物性范围内达到某一温度所需的功率密度。在具有恒定空间强度分布的表面热源作用下,表面达到材料熔点的功率密度为qc1

                                                                                                 

                                    0.886TmK

                              qc1──────                                             4

                                    ατ11/2

                                                                                                                                                                                       

表面达到沸点功率密度qc2

                                                                                                  

                                    0.886TvK

                              qc2──────                                             5

                                    ατ11/2

                                                                                                  

可见,qc1 qc2都随材料的熔点温度Tm、沸点温度Tv、热导率K增加而增加;随热扩散率α、脉宽τ增加而减小。

2)激光脉冲波形

对于采用脉冲激光束进行焊接加工时,激光脉冲波形在脉冲激光焊接中是一个重要问题,尤其是对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束入射至材料表面时,金属表面会将60%~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度而变化。

带有前置尖峰的激光波形在高重复率焊缝时不易采用,因为进行焊接时,焊缝由大量熔斑重叠组成,干部重叠区表面状态已发生变化,温度较高。在重复率较高时,可能光照重叠区仍处于熔化状态,若采用带前置尖峰脉冲波形,在尖峰作用时易出现金属的高速汽化,产生飞溅,形成熔融区孔洞,这在焊接中,尤其是要求较高的气密性焊接中,应极力避免。为此在焊接中,宜采用光强基本不变的平顶波或衰减较慢的衰减波。

3)激光脉冲宽度

脉宽也是脉冲激光焊接的一个重要参数之一,它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的关键参数。在多数情况下,脉宽根据熔深要求确定。最大熔深是表面吸收激光功率密度的函数,也与材料热力学特性有关,即

                                                                                                 

                           qozmax 1.2K (TvTm)                                            6

设脉冲终止时刻材料表面达到沸点,根据式(6),其功率密度qc2

                                                                                                 

                                    0.886TvK

                              qc2──────                                             7

                                    ατ11/2

                                                                                                  

式中,τ  1   为激光脉冲宽度,τ  1         取不同的值,求得不同的qc2之值,则可获得最大熔深与τ  1       的关系为

 

可见,若需获得较大熔深,脉宽应加长,且熔深的增加随脉宽的1/2次方增加。对于熔深要求低于0.1mm的薄片焊接,大多数金属仅需1ms脉宽,但表面热源功率密度要求高。若光斑上功率密度分布不均匀(这是绝大多数激光输出的实际情况),极易造成局部汽化,且对激光输出稳定性较高,难以达到。因此,即使对于薄片接焊,仍应将脉宽增至3ms以上。在厚工件的焊接中,若保持表面温度不超过沸点,即使脉宽增至7ms,大多数金属熔深也难超过1mm。为此必须提高表面功率密度,使表面温度超过沸点,允许一定的汽化,有时可采用中心穿孔熔化焊。对于同一金属,达到同样的熔深,脉宽短,则需功率密度高,激光参数可焊范围窄,热效率高。脉宽长,所需功率密度低,激光参数可焊范围宽,热效率低。

对于热影响区有严格要求的焊接区域,脉宽由热影响区确定。热影响区与脉宽有关,脉宽越长,热影响区越大。因此,在薄片与薄膜焊接中,脉宽的选取应保证在热影响区所允许的情况下,适当增加脉宽,提高焊接质量的稳定性。

4)离焦量对焊接质量的影响

焊接通常需要一定的离焦量,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。

离焦方式有两种:正离焦和负离焦。焦平面位于工件上方的为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正、负离焦量相等时,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得较大的熔池,这与熔池的形成过程有关。一般在实际应用中,当要求熔池较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜采用正离焦。离焦量的大小影响材料表面熔化斑点的半径以及熔化池的径深比。

激光束经透镜聚焦后,所获得的光束腰部光斑半径ωo 

式中    ƒ──聚焦透镜焦距;

ω1──聚焦前光束腰部半径;

d1──ω1处离透镜的距离。

聚焦后光束腰部与透镜的距离为

 

可见,聚焦后的光束腰部不在透镜焦平面上。表面光斑半径随离焦量增加而增大。

3.2.2  热传导激光焊的接头形式

对接、搭接、端接、角接均可用连续激光焊接。接头设计准则类同电子束焊:对接间隙应小于0.15t,错边应小于0.25t,搭接间隙应小于0.25tt为板厚)。

5给出了板材连续激光焊接时常用的接头形式,其中的卷边角接头具有良好的连接刚性。在焊接接头形式中,待焊工件的夹角很小,因此,入射光束的能量可以绝大部分被吸收,吻焊接头焊接时,可以不施夹紧力或仅施很小的夹紧力,其前提是待焊工件的接触必须良好。

3.3  激光深熔焊

3.3.1  原理

激光深熔焊一般采用连续激光束的连接过程,其冶金物理过程与电子束焊极为相似,即能量转换机制是通过小孔(Key-hole)结构来完成。在足够高的功率密度光束照射下,材料产生蒸发产生小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体,几乎全部吸收入射光束能量,孔腔内平衡温度达到25000左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸气,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周包围着固体材料(而在大多数常规焊接过程和激光传导焊中,能量首先沉积于工件部表面,然后靠传导输送到内部)。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸气压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔,小孔外材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定状态。就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属填充着掀开移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快,使焊接速度很容易达到每分钟数米。

3.3.2  主要参数

1)激光功率

激光深熔焊时,激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接熔深直接与光束功率密度有关,且是入射光束功率和光束直径的函数。一般来说,对一定直径的激光束,熔深随着光束功率提高而增加。

2)光束直径

光束斑点大小是激光焊的最重要变量之一,因为它决定着功率密度,但对高功率激光束来说,对它的测量是一个难题,尽管已经有很多间接测量技术。

光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算,但由于聚焦透镜像差的存在,实际光斑要比计算值偏大,所以在实用中以实测光斑为主要依据。

3)材料吸收率

激光束与材料吸收的相容性取决于材料的一些重要性能,如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等,其中最主要的是吸收率。

影响材料对激光束的吸收率的因素包括两个方面:首先是材料的电阻系数,经过对不同材料抛光表面的吸收率测量发现,材料吸收率与电阻系数的平方根成正比,而电阻系数又随温度变化;其次材料的表面状态(或者光洁度)对光束吸收率有重要影响,从而对焊接效果产生明显作用。

CO2激光束具有1.06μm的输出波长,陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等非金属对它的吸收率在室温时就很高,而金属材料在室温时对它的吸收率很差,直到材料一旦熔化乃至汽化,它对光束的吸收才急剧增加。采用表面涂层或表面生成氧化膜的方法,对提高材料对光束的吸收很有效。

4)焊接速度

焊接速度对熔深影响较大,提高速度会使熔深变浅,但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以,对一定激光功率和一定厚度的某特定材料都有一个合适的焊接速度范围,并在其中相应速度值时可获得最大熔深。

5)保护气体

激光焊接过程中使用惰性气体来保护熔池,当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护,但对大多数应用场合则常采用氦、氩、氮等气体作保护,使工件在焊接过程中免受氧化。

氦气不易电离,可让激光束顺利通过,光束能量不受阴地到达工件表面。这是激光焊接时使用最有效的保护气体。

使用保护气体的第二个作用是保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射,特别是高功率激光焊接时,其喷出的更强有力,保护透镜更为必须。保护气体的第三个作用是对驱散高功率激光焊产生的等离子屏蔽很有效。金属蒸气吸收激光束电离成等离子云,金属蒸气周围的保护气体也会受热电离。如把保护气体高速吹向焊接区,等离子云就会被抑制。如等离子云存在过多,熔深变浅,焊接熔池表面变宽。激光束在某种程度上被等离子体消耗削弱,等离子体作为第二种能量存在于工件表面。等离子云尺寸随采用的保护气体不同而变化,氦气最小,氮气次之,使用氩气时最大。等离子云尺寸越大,熔深越浅。造成这种差别的原因首先是由于气体分子电离度不同,另外也由于保护气体不同密度引起金属蒸气扩散差别。

氦气电离最少,密度最小,它能很快地驱散从金属熔池产生的上升的金属蒸气,所以用氦作保护气体,等离子体将被最大程度地抑制,从而增加熔深,提高焊接速度。

等离子体云对熔深的影响在低焊接速度区最为明显。当焊接速度提高时,它的影响就会减弱。

保护气体是通过焊炬喷嘴口以一定的压力射出到达工件表面的,喷嘴的流体动力学形状和出口的直径大小十分重要。它必须足够大以驱使喷出的保护气体覆盖焊件表面,但为了有效保护透镜,阻止金属蒸气污染或金属飞溅损失透镜,出口大小也要加以限制。

6)透镜焦长

焊接时如采用投射聚焦方法,一般选用63254mm焦长透镜。聚焦光斑大小与焦长成正比,焦长越短,光斑越小。但焦长也影响焦深,即焦深随着焦长同步增加,所以采用短焦长虽可提高功率密度,但因焦深小,必须精确保持透镜与工件的间距。由于受焊接过程中产生的飞溅物影响,焊接时实际使用的透镜最短焦长为126mm,但许多实际生产应用场合所采用使透镜系统为寿命长的189mm焦长。当激光功率超过2kW时,特别是对于1.06μmCO2激光束,由于采用特殊光学材料构成光学系统,为了避免聚焦透镜遭光学破坏的危险,经常选用反射聚焦方法,一般它采用抛光铜镜作反射镜。由于能有效冷却,它通常被推荐用于高功率激光束聚焦。

7)焦点位置

焊接时,为了保持足够功率密度,焦点位置至关重要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝宽度与深度。

在大多数激光焊接场合,通常将焦点位置设置在工件表面下大约所需熔深的1/4处。

8)激光束位置

对不同的材料进行激光焊接时,激光束位置控制着焊缝的最终质量,特别是对接接头的情况比搭接接头的情况对此更为敏感。例如,当淬火钢齿轮焊合到低碳钢毂轮,准确控制激光束位置将有利于产生主要由低碳组分组成的焊缝,这种焊缝具有较好的抗裂性。有些应用场合,被焊工件的形状需要激光束偏转一个角度,当光束轴与接头平面间偏转角度在10以内时,工件对光束能量的吸收不会受到影响。

3.3.3  激光深熔焊特征及优、缺点

激光深熔焊具有下述特征。

① 高的深宽比。因为熔融金属围着圆柱性高温蒸气腔体形成并延伸向工件,焊缝就变成深而宽。

② 最小热输入。因为源腔温度如此高,熔化过程发生得极快,输入工件热量很低,热变形和热影响区很小。

③ 高致密性。因为充满高温蒸气的小孔有利于焊接熔池搅拌和气体逸出,导致生成无气孔熔透焊缝。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织细微化。

④ 强固焊缝。因为灼热热源和对非金属组分的充分吸收,降低杂质含量、改变夹杂尺寸和其在熔池中的分布。焊接过程中无需或填充焊丝,熔化区受污染少,使焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属。

⑤ 精确控制。因为聚焦光点很小,焊缝可以高精度定位。输出激光束无“惯性”,可在高速下急停和重新起始,用自控光束移动技术则可焊接复杂金属。

⑥ 非接触、大气焊接过程。因为能量来自光子束,与工件无物理接触,因此没有外力施加于工件。另外,磁和空气对激光都无影响。

激光深熔焊的优点:

① 由于聚焦激光束比常规方法具有高的功率密度,导致焊接速度快,热影响区和变形都比较小,还可焊接钛、石英等难焊材料;

② 因为光束容易传输和控制,又不需要经常更换焊炬、喷嘴,显著减少停机辅助时间,所以负荷系数和生产效率都高;

③ 由于纯化作用和高的冷却速度,焊缝强度、韧性和综合性能高;

④ 由于平均热输入低,加工精度高,可减少再加工费用,激光焊接运转费用也较低,从而可降低工件成本。

⑤ 容易实现自动化,对光束强度与精细定位能进行有效控制。

激光深熔焊的缺点:

① 熔深有限;

② 工作装配要求高;

③ 激光系统一次性投资高。

4  激光焊接设备

4.1  激光焊接设备的组成

目前,进行工业加工的激光器,主要是固体激光器和气体激光器两大类,按输出方式可分为脉冲激光器和连续激光器。不管采用哪种焊接设备,它们的组成大都相似,图6是激光焊接设备组成框图。

1)激光器

激光器是激光焊接设备中的重要部分,提供加工所需的光能。对激光器的要求稳定、可靠,能长期正常运行。对焊接而言,要求激光器横模为低阶模或基模,输出功率(连续激光器)或输出能量(脉冲激光器)能根据加工要求进行精密调节。

2)光学系统

光学系统用以进行光束的传输和聚焦。进行直线传输时,通道主要是空气,在进行大功率或大能量传输时,必须采取屏蔽以免对人造成危害。有些先进设备在激光输出快门打开之前,激光器不对外输出。聚焦在小功率系统中多采用透镜,在大功率系统中一般采用反射聚焦镜。

3)激光加工机

激光加工机用以产生加工所必需的工件与光束间的相对移动。激光加工机的精度在很大程度上决定了焊接或切割的精度,加工机一般都是采用数控以确保精度。

根据光束的与工件的相对运动,加工机可分为二维、三维和五维。二维的在平面xy两个方向运动,三维的增加了与xy平面垂直方向上的运动;五维的则是在三维的基础上增加了xy平面内360°的旋转以及xy平面在z方向±180°的摆动。在中小型激光焊接设备中,为了降低成本,一般采用二维的小型工作台。

4)辐射参数传感器

主要用于检测激光器输出功率,并通过控制系统进行实时控制。

5)工艺介质输送系统

焊接时该系统的主要功能如下:

① 送惰性气体,保护焊缝;

② 功率CO2焊接时,由于熔池温度高,往往在其上方产生蒸气等离子体,该等离子体会对光束产生和反射,减小能量利用率,使熔深变浅,这时,输送适当的气体可将焊缝上方的等离子体吹走。

③ 针对不同的焊接材料,输送适当的混合气以增加熔深。

6)工艺参数传感器

主要用于检测加工区域的温度、工件的饱满状况以及等离子体的亮度等参数,通过控制系统进行必要的调整。

7)控制系统

主要作用是输入参数并对参数进行实时显示、控制、进行程序间的互锁、保护以及报警等。

8)准直用He-Ne激光器

一般采用小功率的He-Ne激光器,进行光路的调整和工件的对中。

以上是激光焊接设备的典型组成,实际上,由于应用场合不同,加工要求不同,上述的8个部分不一定一一具备,各个部分的功能也差别很大,在选用设备时可酌情而定。

完整的激光焊接、切割设备由激光器、光束传输和聚焦系统、焊炬或切割、工作台、电源及控制装置、气源和水源、操作盘、数控装置等组成。焊接用激光器特点见表1

1  焊接用激光器特点

激光器

波长/μm

工作方式

重复频率/Hz

输出功率或能量范围

主要用途

红宝石激光器

0.6943

脉冲

01

1100J

点焊、打孔

铷玻璃激光器

1.06

脉冲

01/10

1100J

点焊、打孔

YAG激光器

1.06

脉冲

连续

0400

1100J

02kW

点焊、打孔

焊接、切割、表面处理

封闭式CO2激光器

10.6

连续

01kW

焊接、切割、表面处理

横流式CO2激光器

10.6

连续

025kW

焊接、表面处理

快速轴流式CO2激光器

10.6

连续脉冲

05000

06kW

焊接、切割

 

不同CO2激光器的性能特征见表2

① 激光器  CO2激光器按照气冷方式分为低速轴流型、高速轴流型、横流型及早期的封闭型。

② 光束传输和聚焦系统  又称为外部光学系统,用来把激光束传输并聚焦在工件上,其端部安装提供保护或辅助气流的焊炬或割炬。

③ 气源  目前的CO2激光器采用HeN2CO2混合气体作为工作介质。

④ 电源  为保证激光器稳定运行,均采用快响应、恒稳性高的固态电子控制电源。

⑤ 工作台  伺服电机驱动的工作台可供安放工件实现焊接或切割。

⑥ 控制系统  多采用数控系统。

2  不同CO2激光器的性能特征

   

低速轴流型

高速轴流型

优点

可获稳定单模

小型高输出,易维修,可获单模及多模

易获高输出功率

缺点

尺寸庞大

压气机稳定性要求高,气耗量大

只能获多模,效率低

输出功率低

气流速度/m.s-1

1

500

10100

0

气体压力/kPa

0.662.67

6.66

100

13.33

510

0.661.33

单位长度输出功率/W.m-1

50100

1000

5000

50

商品化输出功率

1000

5000

15000

100

 

4.2  激光焊接设备现状

用于焊接的激光器主要包括CO2激光器,YAG激光器及二极管泵浦激光器等。表3所示为激光作为热源的焊接设备的种类与特征。近来大功率激光设备的开发备受关注。

3  焊接用激光的种类和特征

   

    

CO2激光(波长:10.6μm,远红外)

CO2-N2-He混合气体

平均输出:连续,50kW(最大);脉冲,500W10kW

特点:容易获得大的功率(谐振效率:10%~20%)

YAG激光(波长:1.06μm,近红外)

Nd3+:Y3Al9O12(固体)

平均输出:连续, 10kW(最大)。

特点:可光纤传送

LD泵浦固体激光(波长:约1μm,近红外)

Nd3+:Y3Al9O12(固体)

平均输出:连续,7.2kW(最大);脉冲,3.3kW

特点:可光纤传送,效率高(谐振效率:10%~28%)

半导体激光(波长: 0.8μm0.95μm,红外)

GaAs(固体)

平均输出:连续,6kW(最大)

特点:效率高(谐振效率:30%~50%)

 

1CO2激光焊接设备

CO2激光谐振腔有气体封闭型、低速轴流型、高速轴流型、2轴正交及3轴正交型。激光功率密度分布有高斯分布的TEM00模式、低次多模和高次多模等连续谐振形式。焊接中,多用35kW极的CO2激光设备,1045kW的激光设备也已在钢铁企业中应用。20kW以下的激光装置,平均功率密度虽低,但也可进行脉冲变调焊接。激光功率增大,焊接熔深增加,可以获得25mm以上的大熔深。但是熔深大时易出现气孔等焊接缺陷,需要采取措施。另外,CO2激光10kW以上大功率焊接时,若使用Ar气保护,常出现很强的激光诱发等离子体,使熔深变得很浅。因此,大功率时,一般使用不产生等离子体的He气作为保护气体。

2YAG激光焊接设备

YAG激光设备,可采用连续、脉冲和调Q开关型,有直射光学系统和光纤传送系统。YAG激光光纤传送损失较小,约为2Db/km,有利于光纤传送。激光焊接用光纤有GI (Graded Index) 型和 SI (Step Index) 型两种。GI型可获得高斯分布的激光功率密度分布,但因涂了Ge,易损伤,不适于大功率传送。因此一般大功率激光装置采用SI型。电子封装器等微小部件的脉冲YAG激光焊接已经实用化。近来研发出具有高质量、高亮度和高功率的连续谐振型YAG激光装置,23kW多用于汽车用铝合金和钢铁薄板的焊接,而610kW可用于不锈钢等厚板的焊接。

NdYAG固体激光器的结构和工作原理如图7所示。

另外,NdYAG激光的模式不如轴流式CO2激光,光束发散角较大;NdYAG棒的晶体缺陷和工作时冷却不足等因素均影响光束质量。为了获得高的激光输出功率,通常把几只NdYAG棒串联在一起,通过串联方式获得的输出功率可以达到几千瓦。NdYAG激光器导光常用光纤传输,曾有人在距激光器200m远的地方对热交换器传输管道进行焊接修理。光纤输出端激光脉冲可以设计成多种形式,以适应深熔焊以及浅熔焊。见图8

由于YAG激光与等离子体(Plume)的相互作用比CO2激光小得多,大功率、低速度焊接是有前途的。但是YAG激光能量转化效率很低,因而对高效率的半导体激光、LD泵浦固体激光的开发抱有很大期望。

3LD泵浦固体激光

关于半导体激光(LD)泵浦固体激光设备,其开发研究在世界上很活跃。在日本作为“光子工程”国家项目到2001年,已研究开发出10kW小型(Rod型和Slab型)设备。在美国,作为“精密激光加工”国家项目,研究开发出了3kW  LD泵浦Slab型固体激光设备,可获得2030mm的大熔深焊缝。由于焊缝宽度极小,可使激光束作横向运动扩大熔化宽度。

现在开发的LD泵浦薄圆盘固体激光,具有体积小、质量好、效率高和可大功率化等特点,最受注目Hass公司已开发出LD泵浦1kW的圆盘激光设备,并将开发10kW级的设备。

4)半导体激光设备

目前,许多公司正在研制大功率的半导体激光设备,现已出现26kW级的商用小型设备。由于体积小、重量轻,半导体激光可直接搭载于机器人上进行焊接等加工,也可用光纤传送焊接。半导体激光由于效率高,与普通设备相比体积小很多,但大功率时存在激光发散角度大、工作距离短这一缺点,目前已用于热传导性差的不锈钢、塑料等的焊接。

5)激光与其他热源的复合

由于激光成本高,并且从焊接高速化、焊缝表面形状和间隙的改善等方面出发,最近对激光与电弧等热源复合焊接的研究越来越多。主要是CO2激光或YAG激光与TIGMIGMAG等离子体电弧或2MIG装置组合进行复合焊接。另外,也在进行CO2激光与半导体激光,基波YAG与高周波YAG激光等波长不同的激光组合焊接研究。虽然尚处于研发阶段,但对于钢铁、不锈钢、铝合金板和高Ni基合金管的焊接研究呈增加趋势。

6)几种国产激光器的性能和参数

NJH-30钕玻璃脉冲激光焊机  该机是点焊、打孔两用机,主要技术参数如下:

激光波长                          1.06μm                重复频率                       15Hz

额定输出能量                     30J/6ms                激光发散角                     2rad/m

最大输出能量                  130J/0.5ms               

NJH-30型钕玻璃脉冲激光器采用双灯泵、双椭圆激光器。谐振腔采用长腔和短腔两种,分别适用于打孔和焊接。

在加工时,激光聚焦、内照明、显微观察和电视摄像监视系统共一个光轴,定位精确、观察方便和操作简单。设计的像平面光路系统在保证激光输出的能量的前提下可改善加工质量,减少激光能量参数的影响。配以三坐标的工作台,可方便地用于各种零件的加工。

C-506快速轴流式CO2激光器  该激光器采用轴向快流技术,激光器的结构更为小巧紧凑,主要技术参数如下:

激光波长                         10. 6μm       功率稳定度                              ±2

输出功率                          500W         激光模式                            主要TEM00

脉冲峰值                         2500W            

HCL-81型横流式CO2激光器  采用密封不锈钢壳体,配有冷水和真空系统,其参数为:

额定输出功率                     2000W         激光模式                               高阶多模

功率稳定度                       ±5         光束直径                               30mm

 

 
 
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