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汽车工业领域的激光硬钎焊 |
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作者：Christoph Ullmann，Andre Eltze |
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德国最近的汽车车型几乎每一代都使用了一个或多个由激光硬钎焊完成的焊缝来连接车身的薄金属板。与熔焊相比，硬钎焊的主要优势在于能生成光滑的表面同时可以避免熔化锌镀层，这就避免了腐蚀或者可能需要的进一步处理工序。由于这些优势，激光硬钎焊可以被用来处理一些表面可见的接合，如位于后挡板，顶板和C柱上的区域。 
图1：新型奥迪A3后挡板的硬钎焊
除了要求有高度的机械稳定性外，这些可见的接缝还必须要有很小的热影响区并需满足严格的光学要求。
而只有激光技术才能满足这些严格的要求。在这方面的应用中，Nd:YAG激光器的使用已经得到了认可。然而最近，二极管激光器的使用也日渐增加。
用于硬钎焊的激光光源的典型参数要求为：激光功率2-4 KW，光斑大小：1.5-3 mm工作距离约为150-250 mm。前面所提到的固态激光器和二极管激光器均能满足以上要求。
图2：带硬钎焊头的直接二极管激光器
总线通信接口，如Profibus DP或Interbus-S，24小时电信服务，分束器/开关，以及其他用于Nd:YAG激光的光学元件对这两种激光器来说都是可用的。
但是，是什么特点使得二极管激光器优于Nd:YAG激光器呢？由于二极管激光器在生产上具有更高的利用率和可靠性，同时几乎不需要维护，因此二极管激光器在大规模生产上具有明显优势。新一代的二极管激光器使用期限可超过20,000个激光工作时，约为三班倒工作环境下三到四年的时间。而另一方面，灯泵浦的Nd:YAG激光器则每1000个工作时就要换一次泵浦灯，也就是说同样的时间内需要20次维护，期间导致相应的停工和一些费用支出。
如果Nd:YAG激光器的闪光灯坏了的话，生产就必须暂停20-30分钟左右。与此对应的是，二极管激光器由于使用了智能二极管堆栈管理，即使某一个栈发生意外故障时激光器也可以连续工作。在这种情况下，集成的电子系统识别出故障的栈，把它关掉，并且计算出新的操作参数。于是，在2到5分钟内二极管激光器又可以重新投入生产。这样，故障的元件可以被列入长期的维修进度。
激光器所占的空间面积大小也越来越重要。在同样输出功率的情况下，二极管激光器所占空间仅为Nd:YAG激光器的五分之一。此外，由于二极管激光器集成度高具有小型化特点，它甚至可以被放在小车上并且随时安排使用。
除了以上这些改进以外，下面要提到的是面向加工过程来使用二极管激光器所获得的改善。加工经验表明，在直接比较汽车后挡板的硬钎焊效果时， 二极管激光器硬钎焊的焊缝比Nd:YAG激光器的焊缝更好更光滑。由于二极管激光器具有很好的空间和时间稳定性，同时它的光束分布均匀，近似于“平顶”的强度分布，这促使熔池格外的平稳，也使得硬钎焊的过程十分稳定。这最后就使我们可观测到的表面更加的光滑。
在直接从经济方面比较二极管和Nd:YAG激光器时（见图3），由于二极管激光器总体效率高，从典型的每小时效率已经可以很好的显示其优势，但是，单单使用这个指标是不够的。另外还需考虑的包括了维护以及更换零件的费用，空间使用和能源的费用。还有更重要的是由于生产中断而导致的成本和产品损失以及报废零件的费用。把这许多额外因素考虑在内的话，二极管激光器与灯泵浦Nd:YAG激光器相比具有超过30%的明显成本优势。而另一类型的二极管激光器——直接二极管激光器同传统激光器相比时成本优势则可高达50%。
图3：4千瓦激光器拥有成本对比：Nd:YAG和二极管激光器
在许多情况下，即使Nd:YAG激光器已在使用中，对二极管激光器进行新投资仍然比使用Nd:YAG激光器更有效益。从本质上说是由于二极管激光器耗能很低，且Nd:YAG激光器还会产生由于生产中断和泵浦灯更换的费用。
图4：带硬钎焊头的、光纤耦合二极管激、光器
二极管激光器在经济方面和面向加工方面的优势不仅表现在汽车工业的硬钎焊上，而且在许多其它方面的应用上也得到了肯定。多年来，二极管激光器已被成功的用于焊接塑料以及焊接薄金属板，淬火，和涂层/熔覆技术等方面。
Dr.-Ing. Christoph Ullman和Dr.-Ing. Andre Eltze (andre.eltze@laserline.de)分别是德国慕尼黑Laserline 公司的总经理和技术销售.(www.laserline.de) (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(6/15/2005) |
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