激光发生器是激光焊接系统的能量来源,激光焊接的本质是利用激光束能量直接或间接作用于母材,因而激光发生器的设备指标如激光功率,光束质量,波长等,直接影响激光焊接质量。目前电池和新能源领域的激光发生器,按激励介质或谐振腔形式的不同,大致可分为CO2气体激光器、YAG固态激光器、Disk固态激光器、Fiber光纤激光器、半导体激光器(如二极管发生器)等。它们的特性见表1.由于激光发生器是激光系统成本最高的部件,因而在方案选型阶段,要求结合一次性投资成本,使用及维护成本,生产效率,占地面积等综合考虑。
激光输出功率是激光器选型的重要指标,通常实际使用功率不得超过激光器最大输出功率的90%。因为激光器长时间高负载运行,不仅会降低激光发生模块的寿命,同时也会逐渐降低光束质量,影响焊接过程的稳定,从而更易产生气孔、咬边、熔合不良、飞溅等缺陷。
激光功率取决于母材的种类,厚度,表面状态等,这些必须经由前期的焊接可行性验证,获取合适的激光功率参数窗口。
对于铝,铜,钛等激光吸收率低或者导热性较强的金属,在熔深和焊接速度的保持不变时,需要使用比碳钢、不锈钢更高的激光功率(见图1)。
由于材料表面镀层类型,镀层厚度或者异物等,会影响材料表面对激光的吸收率,因而表面状态会对焊接过程初期影响较大,需要比较高的初始激光功率或者相应处理(比如双光斑预热、Ramp激光参数设置如前置尖峰或者激光清洗等)。
由于产品换型或材料厚度或者表面变化,选择功率较高的激光器可以满足更多的应用场景,因此选取激光器尽量考虑在功率参数窗口上限再预留约20%的功率。
激光波长主要影响材料表面的吸收率,间接影响光束质量BPP。对于大多数金属材料而言,一般都是在UV端吸收率高,IR端吸收率低(见图3),因而使用固体激光器会有更好的吸收率,可以有效降低所需激光功率(只有在焊接6-8mm厚金属时CO2激光器有较好效果)。
对于焊接铜金属,由于铜金属在绿光区相对传统的红光有更高的吸收率,可以使用绿光激光器,实现低功率高速焊接。
合适的水冷机可以避免激光发生模块、光路模块在高温下工作,有效保证激光输出性能和光束质量的稳定性。对于某些激光器(如TRUMPF、IPG等)会提供配套的水冷机,而对于某些激光器(如ROFIN)可能不会提供配套的水冷机,此时需要对水冷机进行选型。水冷机的选型必须满足激光发生器的使用要求,通常要考虑以下指标: