德國DILAS半導體激光器公司

 隨著各種技術的發(fā)展，半導體激光器已經能在多種焊接應用中一展身手。在實際工業(yè)生產中，半導體激光器已能夠焊接汽車、電子產品、醫(yī)療設備制造中的諸多敏感零部件，并且也能為食品包裝和消費電子市場提供相關的焊接服務。

圖1：DILAS公司COMPACT半導體激光器系統(tǒng)

 COMPACT（見圖1）是德國DILAS公司推出的高功率半導體激光器系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用工業(yè)標準的19英寸機箱封裝，這種模塊化的設計理念，能為OEM供應商提供緊湊簡潔的焊接解決方案。COMPACT系統(tǒng)的輸出功率范圍最高可達500W，并提供標準界面與相關接口。

 此外，DILAS公司還為COMPACT的應用提供定制化配件，如激光加工頭、光學成像系統(tǒng)、振鏡掃描頭和高溫計等，從而加大對生產制程的控制，實現(xiàn)高質量的焊接效果。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能夠焊接汽車、電子、醫(yī)療設備制造中的敏感零部件，并且能服務食品包裝和消費電子市場。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：

l 最小的機械應力；

l 最小的熱應力；

l 穩(wěn)定的焊接過程；

l 極大的焊接靈活性；

l 完全無粒子產生；

l 內部連接；

l 小的熔融物噴射；

l 不需要附加的吸收劑；

l 高質量和牢固的焊接質量。

圖2：COMPACT激光系統(tǒng)的幾種焊接應用實例。

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

液體運輸部件無粒子焊接，并具有緊密焊縫。

 實現(xiàn)完美表面與牢固焊接的靈活過程
        為了實現(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）。對紅外區(qū)域的激光能量的吸收，通常是通過顏料實現(xiàn)的。在透射焊接中，激光輻射透過一個被焊接的部件，被另一被焊接的部件吸收。現(xiàn)在激光能夠焊接多種顏色的塑料，并通過向焊接處添加各種顏料實現(xiàn)更高的焊機牢固性。相比于粘接、超聲焊接、振動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。

        粘接通常需要對接觸面進行預處理，并且要使用有機溶劑。熱焊接雖然成本較低，但是其焊接速度相對緩慢，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、振動焊接和超聲波焊接，將會對焊接部件施加較大的機械力，這使得焊接結構更為復雜，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)勢凸顯。激光焊接產生最小的熱應力和機械應力。而且，激光焊接非常清潔，沒有顆粒產生，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部進行的。

焊接過程的可靠性與控制

實際應用表明，在激光焊接應用中，高溫計是一個非常有用的工具。將COMPACT高功率半導體激光器系統(tǒng)與高溫計一起使用，能夠實現(xiàn)非接觸式溫度測量，并且能夠快速調節(jié)溫度保持穩(wěn)定（見圖3）。這種閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，能使焊接過程始終保持在一個恒定的溫度下進行，以避免由于過熱所造成的損傷。

圖3：COMPACT高功率半導體激光器系統(tǒng)與高溫計一起使用所實現(xiàn)的溫度穩(wěn)定性。

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

波長

除了標準的透射焊接波長外，COMPACT高功率半導體激光器系統(tǒng)還提供1940nm波長。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)實現(xiàn)對兩個透明薄皮或兩個透明零部件的焊接。在焊接透明的塑料產品時，DILAS還允許用戶使用其專利產品——PCT/EP99/05109。

 金屬薄片焊接

激光連續(xù)波焊接金屬是經過實踐驗證的有效方法，能夠確保高精確度的焊接過程。

 COMPACT系統(tǒng)能夠實現(xiàn)廣泛的精密金屬焊接，如焊接電子元器件、傳感器、壓力開關或氣閥等配件以及補償器、外科手術器械、管道和薄膜等產品。尤其是當焊接厚度只有0.8mm的薄片金屬時，半導體激光器實現(xiàn)的焊接質量明顯優(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)實現(xiàn)的一些金屬薄片焊接實例。

圖4：用COMPACT系統(tǒng)實現(xiàn)的一些薄金屬焊接實例。

COMPACT系統(tǒng)結構緊湊，性能高效，并且操作維護也非常簡便。其在焊接金屬薄片時，表現(xiàn)出如下優(yōu)勢：

l 高度的可靠性和靈活性；

l 焊接質量好，無需反復操作；

l 無輔助性工具，無縫焊接；

l 焊接速度快；

l 相對投資成本低；

l 熱影響區(qū)小，熱應力小。

 經濟實用的薄片金屬焊接方案

半導體激光器是最有效的激光光源。半導體激光器的電-光轉換效率是的燈泵浦固體激光的10倍以上。因此，半導體激光器具有相對較低的使用成本、較高的效率高和緊湊的結構，是一種非常經濟實用的解決方案。COMPACT系統(tǒng)安裝簡單、使用方便，能夠很容易地集成到現(xiàn)有的產品線中，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半導體激光器系統(tǒng)實現(xiàn)的高質量焊縫，能夠減少由于重復加工所帶來的成本和時間需求。根據(jù)應用的不同，半導體激光器焊接有可能完全消除重復加工。當焊接厚度低于1mm的金屬零部件時，僅需要幾百瓦的輸出功率。

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

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