德國最近的汽車車型幾乎每一代都使用了一個或多個由激光硬釬焊完成的焊縫來連接車身的薄金屬板。與熔焊相比，硬釬焊的主要優勢在于能生成光滑的表面同時可以避免熔化鋅鍍層，這就避免了腐蝕或者可能需要的進一步處理工序。由于這些優勢，激光硬釬焊可以被用來處理一些表面可見的接合，如位于后擋板，頂板和C柱上的區域。 圖1：新型奧迪A3后擋板的硬釬焊除了要求有高度的機械穩定性外，這些可見的接縫還必須要有很小的熱影響區并需滿足嚴格的光學要求。 而只有激光技術才能滿足這些嚴格的要求。在這方面的應用中，Nd:YAG激光器的使用已經得到了認可。然而最近，二極管激光器的使用也日漸增加。 用于硬釬焊的激光光源的典型參數要求為：激光功率2-4 KW，光斑大小：1.5-3 mm工作距離約為150-250 mm。前面所提到的固態激光器和二極管激光器均能滿足以上要求。 圖2：帶硬釬焊頭的直接二極管激光器總線通信接口，如Profibus DP或Interbus-S，24小時電信服務，分束器/開關，以及其他用于Nd:YAG激光的光學元件對這兩種激光器來說都是可用的。 但是，是什么特點使得二極管激光器優于Nd:YAG激光器呢？由于二極管激光器在生產上具有更高的利用率和可靠性，同時幾乎不需要維護，因此二極管激光器在大規模生產上具有明顯優勢。新一代的二極管激光器使用期限可超過20,000個激光工作時，約為三班倒工作環境下三到四年的時間。而另一方面，燈泵浦的Nd:YAG激光器則每1000個工作時就要換一次泵浦燈，也就是說同樣的時間內需要20次維護，期間導致相應的停工和一些費用支出。 如果Nd:YAG激光器的閃光燈壞了的話，生產就必須暫停20-30分鐘左右。與此對應的是，二極管激光器由于使用了智能二極管堆棧管理，即使某一個棧發生意外故障時激光器也可以連續工作。在這種情況下，集成的電子系統識別出故障的棧，把它關掉，并且計算出新的操作參數。于是，在2到5分鐘內二極管激光器又可以重新投入生產。這樣，故障的元件可以被列入長期的維修進度。 激光器所占的空間面積大小也越來越重要。在同樣輸出功率的情況下，二極管激光器所占空間僅為Nd:YAG激光器的五分之一。此外，由于二極管激光器集成度高具有小型化特點，它甚至可以被放在小車上并且隨時安排使用。 除了以上這些改進以外，下面要提到的是面向加工過程來使用二極管激光器所獲得的改善。加工經驗表明，在直接比較汽車后擋板的硬釬焊效果時， 二極管激光器硬釬焊的焊縫比Nd:YAG激光器的焊縫更好更光滑。由于二極管激光器具有很好的空間和時間穩定性，同時它的光束分布均勻，近似于“平頂”的強度分布，這促使熔池格外的平穩，也使得硬釬焊的過程十分穩定。這最后就使我們可觀測到的表面更加的光滑。 在直接從經濟方面比較二極管和Nd:YAG激光器時（見圖3），由于二極管激光器總體效率高，從典型的每小時效率已經可以很好的顯示其優勢，但是，單單使用這個指標是不夠的。另外還需考慮的包括了維護以及更換零件的費用，空間使用和能源的費用。還有更重要的是由于生產中斷而導致的成本和產品損失以及報廢零件的費用。把這許多額外因素考慮在內的話，二極管激光器與燈泵浦Nd:YAG激光器相比具有超過30%的明顯成本優勢。而另一類型的二極管激光器——直接二極管激光器同傳統激光器相比時成本優勢則可高達50%。 圖3：4千瓦激光器擁有成本對比：Nd:YAG和二極管激光器在許多情況下，即使Nd:YAG激光器已在使用中，對二極管激光器進行新投資仍然比使用Nd:YAG激光器更有效益。從本質上說是由于二極管激光器耗能很低，且Nd:YAG激光器還會產生由于生產中斷和泵浦燈更換的費用。 圖4：帶硬釬焊頭的、光纖耦合二極管激、光器二極管激光器在經濟方面和面向加工方面的優勢不僅表現在汽車工業的硬釬焊上，而且在許多其它方面的應用上也得到了肯定。多年來，二極管激光器已被成功的用于焊接塑料以及焊接薄金屬板，淬火，和涂層/熔覆技術等方面。Dr.-Ing. Christoph Ullman和Dr.-Ing. Andre Eltze ([email protected])分別是德國慕尼黑Laserline 公司的總經理和技術銷售.(www.laserline.de)