德國(guó)DILAS半導(dǎo)體激光器公司

 隨著各種技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體激光器已經(jīng)能在多種焊接應(yīng)用中一展身手。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，半導(dǎo)體激光器已能夠焊接汽車、電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備制造中的諸多敏感零部件，并且也能為食品包裝和消費(fèi)電子市場(chǎng)提供相關(guān)的焊接服務(wù)。

圖1：DILAS公司COMPACT半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)

 COMPACT（見(jiàn)圖1）是德國(guó)DILAS公司推出的高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的19英寸機(jī)箱封裝，這種模塊化的設(shè)計(jì)理念，能為OEM供應(yīng)商提供緊湊簡(jiǎn)潔的焊接解決方案。COMPACT系統(tǒng)的輸出功率范圍最高可達(dá)500W，并提供標(biāo)準(zhǔn)界面與相關(guān)接口。

 此外，DILAS公司還為COMPACT的應(yīng)用提供定制化配件，如激光加工頭、光學(xué)成像系統(tǒng)、振鏡掃描頭和高溫計(jì)等，從而加大對(duì)生產(chǎn)制程的控制，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接效果。下面將介紹COMPACT系統(tǒng)在焊接塑料和薄片金屬中的實(shí)際表現(xiàn)情況。

 塑料焊接

除了傳統(tǒng)的塑料焊接方法外，用激光焊接塑料已被證明是一種可行性方案。目前，利用激光焊接方案已經(jīng)能夠焊接汽車、電子、醫(yī)療設(shè)備制造中的敏感零部件，并且能服務(wù)食品包裝和消費(fèi)電子市場(chǎng)。與傳統(tǒng)的塑料焊接方法相比，激光塑料焊接具備如下優(yōu)勢(shì)：

l 最小的機(jī)械應(yīng)力；

l 最小的熱應(yīng)力；

l 穩(wěn)定的焊接過(guò)程；

l 極大的焊接靈活性；

l 完全無(wú)粒子產(chǎn)生；

l 內(nèi)部連接；

l 小的熔融物噴射；

l 不需要附加的吸收劑；

l 高質(zhì)量和牢固的焊接質(zhì)量。

圖2：COMPACT激光系統(tǒng)的幾種焊接應(yīng)用實(shí)例。

圖2中顯示了用COMPACT激光系統(tǒng)焊接的幾種塑料產(chǎn)品的實(shí)際情況COMPACT激光系統(tǒng)焊接的幾種塑料產(chǎn)品的實(shí)際情況。

液體運(yùn)輸部件無(wú)粒子焊接，并具有緊密焊縫。

 實(shí)現(xiàn)完美表面與牢固焊接的靈活過(guò)程
        為了實(shí)現(xiàn)具備完美表面的牢固性焊接，通常使用重疊和光束透射焊接（transmission welding）。對(duì)紅外區(qū)域的激光能量的吸收，通常是通過(guò)顏料實(shí)現(xiàn)的。在透射焊接中，激光輻射透過(guò)一個(gè)被焊接的部件，被另一被焊接的部件吸收�，F(xiàn)在激光能夠焊接多種顏色的塑料，并通過(guò)向焊接處添加各種顏料實(shí)現(xiàn)更高的焊機(jī)牢固性。相比于粘接、超聲焊接、振動(dòng)焊接以及熱焊接等傳統(tǒng)的焊接方式，激光焊接擁有諸多優(yōu)勢(shì)。

        粘接通常需要對(duì)接觸面進(jìn)行預(yù)處理，并且要使用有機(jī)溶劑。熱焊接雖然成本較低，但是其焊接速度相對(duì)緩慢，并且容易有磨損情況發(fā)生；而且，通常這種焊接方法的熱影響區(qū)較大，因此不適合敏感零部件的焊接。摩擦焊接、振動(dòng)焊接和超聲波焊接，將會(huì)對(duì)焊接部件施加較大的機(jī)械力，這使得焊接結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，并且需要定期檢查工作。

       與上述焊接方法相比，激光焊接的優(yōu)勢(shì)凸顯。激光焊接產(chǎn)生最小的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。而且，激光焊接非常清潔，沒(méi)有顆粒產(chǎn)生，也不需要溶劑，并具有高度靈活性，焊接是在被連接物體的內(nèi)部進(jìn)行的。

焊接過(guò)程的可靠性與控制

實(shí)際應(yīng)用表明，在激光焊接應(yīng)用中，高溫計(jì)是一個(gè)非常有用的工具。將COMPACT高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)與高溫計(jì)一起使用，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式溫度測(cè)量，并且能夠快速調(diào)節(jié)溫度保持穩(wěn)定（見(jiàn)圖3）。這種閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，能使焊接過(guò)程始終保持在一個(gè)恒定的溫度下進(jìn)行，以避免由于過(guò)熱所造成的損傷。

圖3：COMPACT高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)與高溫計(jì)一起使用所實(shí)現(xiàn)的溫度穩(wěn)定性。

溫度信號(hào)可以在一個(gè)定義的過(guò)程窗口中用圖標(biāo)的形式生動(dòng)地顯示出來(lái)，這樣就能夠隨時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接不合格的部件，并將其挑選出來(lái)。除此之外，DILAS還為用戶提供具備色彩校正f-Theta透鏡的檢流計(jì)掃描器。

波長(zhǎng)

除了標(biāo)準(zhǔn)的透射焊接波長(zhǎng)外，COMPACT高功率半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)還提供1940nm波長(zhǎng)。在此波段，在不需要使用任何額外的激光能量吸收劑的情況下，就能用COMPACT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)透明薄皮或兩個(gè)透明零部件的焊接。在焊接透明的塑料產(chǎn)品時(shí)，DILAS還允許用戶使用其專利產(chǎn)品——PCT/EP99/05109。

 金屬薄片焊接

激光連續(xù)波焊接金屬是經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的有效方法，能夠確保高精確度的焊接過(guò)程。

 COMPACT系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的精密金屬焊接，如焊接電子元器件、傳感器、壓力開關(guān)或氣閥等配件以及補(bǔ)償器、外科手術(shù)器械、管道和薄膜等產(chǎn)品。尤其是當(dāng)焊接厚度只有0.8mm的薄片金屬時(shí)，半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)的焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于燈泵浦的連續(xù)波固體激光器。圖4顯示了用COMPACT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一些金屬薄片焊接實(shí)例。

圖4：用COMPACT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一些薄金屬焊接實(shí)例。

COMPACT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，性能高效，并且操作維護(hù)也非常簡(jiǎn)便。其在焊接金屬薄片時(shí)，表現(xiàn)出如下優(yōu)勢(shì)：

l 高度的可靠性和靈活性；

l 焊接質(zhì)量好，無(wú)需反復(fù)操作；

l 無(wú)輔助性工具，無(wú)縫焊接；

l 焊接速度快；

l 相對(duì)投資成本低；

l 熱影響區(qū)小，熱應(yīng)力小。

 經(jīng)濟(jì)實(shí)用的薄片金屬焊接方案

半導(dǎo)體激光器是最有效的激光光源。半導(dǎo)體激光器的電-光轉(zhuǎn)換效率是的燈泵浦固體激光的10倍以上。因此，半導(dǎo)體激光器具有相對(duì)較低的使用成本、較高的效率高和緊湊的結(jié)構(gòu)，是一種非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決方案。COMPACT系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單、使用方便，能夠很容易地集成到現(xiàn)有的產(chǎn)品線中，并且該系統(tǒng)的高度可靠性，也免去了用戶很多的保養(yǎng)和維修成本。

 用COMPACT半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的高質(zhì)量焊縫，能夠減少由于重復(fù)加工所帶來(lái)的成本和時(shí)間需求。根據(jù)應(yīng)用的不同，半導(dǎo)體激光器焊接有可能完全消除重復(fù)加工。當(dāng)焊接厚度低于1mm的金屬零部件時(shí)，僅需要幾百瓦的輸出功率。

通常情況下，半導(dǎo)體激光器能夠獲得400~800μm的光斑尺寸，因此其光束質(zhì)量已經(jīng)與燈泵浦的Nd:YAG激光器的光束質(zhì)量相當(dāng)。圖5是用COMPACT系統(tǒng)焊接不同材料的金屬時(shí)的焊接速度與焊接深度之間的關(guān)系曲線。

圖5：用COMPACT系統(tǒng)焊接不同材料的金屬時(shí)的焊接速度與焊接深度之間的關(guān)系曲線。