高亮度光纤激光用于铜焊接

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通过高速视频评估显示，稳定的工艺可在不到1ms的时间内建立。对于连续波（cw）焊接操作而言，这个障碍必须在焊接开始时就予以克服。匙孔焊接工艺建立后，便会提供恒定的高吸收率。而对于脉冲操作则必须在每个脉冲开始时将其克服。

表1：在不同状态下，铜对近红外激光辐射的吸收率。

焊接所需的高功率密度可以通过使用单模光纤激光器获得。 与其他固体激光器相比，这类激光器具有优异的光束质量和聚焦性能。IPG公司能够提供高达10 kW功率的高功率单模激光器，以及功率超过10 kW的高亮度多模激光器，产品均具有坚固的、已被工业验证的设计。

使用这些单模光纤激光器和低阶模高亮度激光器，可以达到高于108W/cm²的功率密度，甚至在几百瓦的功率下也能够实现可靠的耦合。与功率相当的普通多模激光器相比，这些激光器的强度高达五十倍（见表2）。IPG提供 YLR系列的单模光纤激光器，其功率从100W至1000 W不等，并配有19”的紧凑型机架；此外公司还提供功率高达10 kW的YLS系列光纤激光器（图2）。 这两个系列的整体效率都达到40％。

表2：激光器的功率密度取决于光斑直径

图2：高功率单模光纤激光器：风冷机架式YLR-1000-SM （左）以及3kW系统型YLS-3000-SM（右）。

铜焊接工艺的另一个问题是低速焊接时的不稳定性。通常，小于5m/min的焊接速度会面临焊接不稳定的问题，例如飞溅、气孔和不规则焊缝表面。随着焊接速度的加快，这种不稳定性逐渐消失，焊接工艺趋向稳定。在5-15m/min的焊速范围，质量达到可接受的水平。焊速高于15m/min的话，产生的焊缝基本没有缺陷（图3）。这意味着最佳的焊接参数介于传统的运动系统（例如机器人）所能达到的极限范围内。此外，焊缝深度随着焊接速度的增加而减小，而焊缝也变得非常窄。

图3：加工速度对焊缝质量和焊缝深度的影响

这必须用更高的激光功率来实现，带来更高的系统资金投入。新的工艺研究已表明，这完全可以避免的，工艺稳定性不仅可以通过提高焊接方向的速度，也可以通过光束导向镜片的动态位置变化来实现。这种所谓的摆动技术使其能够在相对较低的焊速下形成稳定的焊点，并且显著降低焊缝深度。

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