激光焊接具有很高的能量密度,能夠形成深寬比較大的焊縫,並且具有焊縫熱影響區小,焊縫美觀等優(you) 點,在焊接領域得到了越來越廣泛的應用,尤其是在航空航天、船舶製造、汽車及零配件、軌道機車等國防軍(jun) 工及先進製造業(ye) 中,激光焊接已經開始大展拳腳。近幾年來,隨著大功率光纖激光器技術的不斷發展,高功率光纖激光在工業(ye) 上的應用也越來越廣泛。與(yu) 其他激光器一樣,高功率光纖激光器也由泵浦源、增益介質和光學諧振腔構成,所不同的是其增益介質通常為(wei) 雙包層光纖,雙包層光纖是一種具有特殊結構的光纖,它比常規光纖增加了一個(ge) 內(nei) 包層。這種光纖結構增加了泵浦長度,大大提高了泵浦效率,從(cong) 而使光纖激光器的輸出功率提高幾個(ge) 數量級。
高功率光纖激光器具有光束質量好、壽命長、轉換效率高的特點,其主要性能已明顯優(you) 於(yu) 泵浦固體(ti) 激光器和CO2激光器。具體(ti) 表現在以下幾個(ge) 方麵:
1)光束質量高
下圖為(wei) 不同種類的工業(ye) 激光的光束質量參數(BPP)與(yu) 輸出功率的關(guan) 係,其中,BPP值越小表示光束質量越好。由圖看出,光纖激光有著比其他激光更好的光束質量,隻有在五千瓦到一萬(wan) 瓦的範圍內(nei) ,略遜於(yu) 二氧化碳激光。

圖1 各類激光的光束質量參數與(yu) 輸出功率的關(guan) 係
2)節約成本
光纖激光器的電光轉換效率高達28%,現有傳(chuan) 統激光器技術的效率與(yu) 光纖激光器是無法相比的。
由於(yu) 光纖具有很高的“表麵積/體(ti) 積”比,散熱效果非常好,不需要龐大的水冷卻係統。小功率光纖激光器隻需要空氣冷卻即可,高功率光纖激光器采用水冷,與(yu) 其它同等的激光器技術相比更加簡單,成本更低。
由於(yu) 光纖激光器采用了更加高效的設計和采用了電信級單芯結泵浦源,因而節省了備用件(例如燈和半導體(ti) 陣列)、勞動力和停產(chan) 時間。
光纖激光器不需要調整光學裝置,免維護或低維護。
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3)工作距離更長
光纖激光器結構緊湊、體(ti) 積較小,易於(yu) 係統集成。采用光纖傳(chuan) 導,使用方便,環境適應能力強,工作距離更長,適應於(yu) 遠距離加工,且容易實現自動化和柔性加工。
綜上,光纖激光器無論在質量、性能還是費用上都有著明顯的優(you) 勢。那麽(me) ,光纖激光器在激光焊接中的優(you) 勢體(ti) 現在哪些方麵呢?首先,工業(ye) 中激光焊接的功率一般在500w~1000w之間,光纖激光器在此範圍內(nei) 具有其他所有激光器無法比擬的光束質量。即在同樣的激光功率下,光纖激光器能夠獲得發散角更小、能量密度更高的激光束。由此可見,光纖激光能獲得更大的焊接熔深,具有極高的加工能力水平。另一方麵,光纖激光的波長1.06µm較小,金屬材料對其的吸收率較高,因此,相對於(yu) CO2激光,光纖激光焊接時產(chan) 生的金屬蒸汽/等離子體(ti) 較少,更容易形成窄而深的焊縫形狀。因此,光纖激光在焊接領域有著重要的應用前景。
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