激光焊接设备的优化方案

激光焊接设备主要由激光器、导光系统、焊接机和控制系统组成。激光焊接设备如图3-22所示。

图3-22 激光焊接设备

1）激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称为Nd-YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd-YAG激光器波长为1.06μm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车工业常用输出功率为3～4kW的Nd-YAG激光器。另一类是气体激光器，又称为CO₂激光器，分子气体作工作介质，产生平均为10.6μm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2～5kW之间。表3-4给出了CO₂气体激光器和YAG固体激光器的性能比较。

表3-4 CO₂气体激光器和YAG固体激光器性能比较(www.xing528.com)

激光器最重要的性能是输出功率和光束质量。从这两方面考虑，CO₂激光器比YAG激光器具有更大优势，是目前深熔焊接主要采用的激光器，生产上应用的大多数还处在1.5～6kW范围，但现在世界上最大的CO₂激光器已达50kW。而YAG激光器在过去相当长一段时间内提高功率有困难，一般功率小于1kW，用于薄小零件的微连接。但是，近几年来，国外YAG激光器最大功率已达5kW，并已投入市场。由于YAG激光器的激光波长短，仅为CO₂激光的1/10，有利于金属表面吸收，可以用光纤传输，使导光系统大为简化。

2）导光和聚焦系统。导光聚焦系统由圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤、聚焦镜等组成，实现改变光束偏振状态、方向，传输光束和聚焦的功能。这些光学零件的状况对激光焊接质量有极其重要的影响。在大功率激光作用下，光学部件，尤其是透镜性能会劣化使透过率下降；会产生热透镜效应（透镜受热膨胀，焦距缩短）；表面污染也会增加传输损耗。所以光学部件的质量维护和工作状态监测对保证焊接质量至关重要。

3）激光焊接机。它的作用是实现光束与工件之间的相对运动，完成激光焊接。激光焊接机分焊接专机和通用焊接机两种，后者常采用数控系统，有直角坐标二维、三维焊接机或关节型激光焊接机器人。