激光焊设备

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第319页（2646字）

1．激光焊机的组成

激光焊机如图6－56所示。

图6－56 激光焊机组成示意图

1－激光器 2－光束检测仪 3－偏转聚焦系统 4－工作台 5－控制系统

2．激光器的分类

表6－17 焊接和切割用激光器的类型、特点

3．固体激光器

固体激光器根据工作介质不同分为：红宝石激光器、钕玻璃激光器和钇石榴石(YAG)激光器。

(1)固体激光器的结构：如图6－57所示。

图6－57 固体激光器结构示意图

1－高压电源 2－储能电容 3－触发电路 4－泵灯 5－激光工作物质 6－聚光器 7－全反射镜 8－输出窗口 9－激光

(2)固体激光器的主电路：指泵灯(氙灯)的高压电路。泵灯高压电路为泵灯发出强光提供能源。泵灯强光使激光器介质的粒子“集居数反转”，为产生激光束提供必要条件。图6－58是NjH－30钕玻璃激光器的主电路，它是固体激光器一种典型的主电路。

图6－58 NjH－30钕玻璃激光器主电路

4．气体激光器

主要指CO₂激光器，它的工作介质是CO₂+N₂+He的混合气体。按气体的流动方式不同分为封闭式、横流式、轴流式三种类型。

(1)封闭式CO₂激光器：结构形式如图6－59所示。工作介质气体封闭在玻璃管内，在电极间加直流高压，使混合气体辉光放电，激励CO₂分子产生“集居数反转”，为形成激光创造条件。每米长玻璃管可获得50W左右的激光功率。常采用并、串联方式扩大激光功率范围。

图6－59 封闭式CO₂激光器结构示意图

1－放电管 2－全反射镜 3－冷却水套 4－激光工作气体 5－电极 6－输出窗口 7－激光束

(2)横流式CO₂激光器：结构形式如图6－60所示。混合工作气体在垂直光轴方向以50m／s速度流动。气体直接与换热器进行热交换，冷却效果良好，因而获得2000W／m的激光输出功率。横流式CO₂激光器主电路如图6－61所示。感应调压器T₁由中频发电机组获得三相中频电，调压后经主开关S供高压变压器T₂，经T₂升压，硅堆整流获得高压直流加于激光器的阳极和阴极之间。调节T₁可以调节输入电压，改变工作电流大小，调节输出的激光功率。

图6－60 横流式CO₂激光器结构示意图

1－压气机 2－气流方向 3－换热器 4－阳极板 5－折射镜 6－全反镜 7－阴极管 8－放电区 9－密封钢外壳 10－半反镜(窗口)

图6－61 HGL－81型CO₂激光器主电路

(3)高速轴流式CO₂激光器：结构形式如图6－62所示。混合工作气体在放电管中接近声速沿光束轴向流动，可获得500～2000W／m激光功率输出。输出模式为TEM₀₀或TEM₀₁，特别适于焊接和切割加工。

图6－62 高速轴流式CO₂激光器

1－真空系统 2－罗次风机 3－激光工作气体源 4－热交换器 5－气管 6－全反射镜 7－放电管 8－电极 9－输出窗口 10－激光束

5．国产激光器的性能

表6－18 几种国产激光器的性能参数

6．国外激光器性能(见表6－19、表6－20)

表6－19 日本CO₂激光器技术数据

表6－20 日本用于焊接切割的激光加工机技术数据

7．激光测量器

它用来测量激光功率和能量分布。JGX－1型激光测量仪，仅能测量显示激光功率，所以又称激光功率计。其结构如图6－63所示。主要技术指标如下：

图6－63 JGX－1型激光功率测量仪原理图

1－电机 2－配重锤 3－旋转反射针 4－激光束 5－部分反射光 6－锗透镜 7－红外探头 8－信号放大电路 9－数字毫伏表

测量波长 9～11μm

功率量程 0～10kW

测量误差 ±3%

功率损失 ＜0．4%

显示灵敏度 1W(p≤200W)

10W(p≤10000W)

时间常数 ≤2s

JGX－1型激光测量仪工作原理：电机带动反射针，高速旋转。将激光束一部分光线反射，并通过锗透镜衰减聚焦，落在红外激光探头上，探头将光信号转变成电信号，电信号经放大，通过数字毫伏表读数，直接折算成激光功率显示。