德國(guó)最近的汽車車型幾乎每一代都使用了一個(gè)或多個(gè)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(yōu)勢(shì)在于能生成光滑的表面同時(shí)可以避免熔化鋅鍍層，這就避免了腐蝕或者可能需要的進(jìn)一步處理工序。由于這些優(yōu)勢(shì)，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(qū)域。 圖1：新型奧迪A3后擋板的硬釬焊除了要求有高度的機(jī)械穩(wěn)定性外，這些可見的接縫還必須要有很小的熱影響區(qū)并需滿足嚴(yán)格的光學(xué)要求。 而只有激光技術(shù)才能滿足這些嚴(yán)格的要求。在這方面的應(yīng)用中，Nd:YAG激光器的使用已經(jīng)得到了認(rèn)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(shù)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(tài)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(shí)電信服務(wù)，分束器/開關(guān)，以及其他用于Nd:YAG激光的光學(xué)元件對(duì)這兩種激光器來說都是可用的。 但是，是什么特點(diǎn)使得二極管激光器優(yōu)于Nd:YAG激光器呢？由于二極管激光器在生產(chǎn)上具有更高的利用率和可靠性，同時(shí)幾乎不需要維護(hù)，因此二極管激光器在大規(guī)模生產(chǎn)上具有明顯優(yōu)勢(shì)。新一代的二極管激光器使用期限可超過20,000個(gè)激光工作時(shí)，約為三班倒工作環(huán)境下三到四年的時(shí)間。而另一方面，燈泵浦的Nd:YAG激光器則每1000個(gè)工作時(shí)就要換一次泵浦燈，也就是說同樣的時(shí)間內(nèi)需要20次維護(hù)，期間導(dǎo)致相應(yīng)的停工和一些費(fèi)用支出。 如果Nd:YAG激光器的閃光燈壞了的話，生產(chǎn)就必須暫停20-30分鐘左右。與此對(duì)應(yīng)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(gè)棧發(fā)生意外故障時(shí)激光器也可以連續(xù)工作。在這種情況下，集成的電子系統(tǒng)識(shí)別出故障的棧，把它關(guān)掉，并且計(jì)算出新的操作參數(shù)。于是，在2到5分鐘內(nèi)二極管激光器又可以重新投入生產(chǎn)。這樣，故障的元件可以被列入長(zhǎng)期的維修進(jìn)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(diǎn)，它甚至可以被放在小車上并且隨時(shí)安排使用。 除了以上這些改進(jìn)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(jīng)驗(yàn)表明，在直接比較汽車后擋板的硬釬焊效果時(shí)， 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(shí)間穩(wěn)定性，同時(shí)它的光束分布均勻，近似于“平頂”的強(qiáng)度分布，這促使熔池格外的平穩(wěn)，也使得硬釬焊的過程十分穩(wěn)定。這最后就使我們可觀測(cè)到的表面更加的光滑。 在直接從經(jīng)濟(jì)方面比較二極管和Nd:YAG激光器時(shí)（見圖3），由于二極管激光器總體效率高，從典型的每小時(shí)效率已經(jīng)可以很好的顯示其優(yōu)勢(shì)，但是，單單使用這個(gè)指標(biāo)是不夠的。另外還需考慮的包括了維護(hù)以及更換零件的費(fèi)用，空間使用和能源的費(fèi)用。還有更重要的是由于生產(chǎn)中斷而導(dǎo)致的成本和產(chǎn)品損失以及報(bào)廢零件的費(fèi)用。把這許多額外因素考慮在內(nèi)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(yōu)勢(shì)。而另一類型的二極管激光器——直接二極管激光器同傳統(tǒng)激光器相比時(shí)成本優(yōu)勢(shì)則可高達(dá)50%。 圖3：4千瓦激光器擁有成本對(duì)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(duì)二極管激光器進(jìn)行新投資仍然比使用Nd:YAG激光器更有效益。從本質(zhì)上說是由于二極管激光器耗能很低，且Nd:YAG激光器還會(huì)產(chǎn)生由于生產(chǎn)中斷和泵浦燈更換的費(fèi)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(jīng)濟(jì)方面和面向加工方面的優(yōu)勢(shì)不僅表現(xiàn)在汽車工業(yè)的硬釬焊上，而且在許多其它方面的應(yīng)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(shù)等方面。Dr.-Ing. Christoph Ullman和Dr.-Ing. Andre Eltze (andre.eltze@laserline.de)分別是德國(guó)慕尼黑Laserline 公司的總經(jīng)理和技術(shù)銷售.(www.laserline.de)