碟片式激光器的概念早在19世紀(jì)90年代就已建立，現(xiàn)行的開發(fā)加大了每個(gè)碟片的功率，并且提高了光束質(zhì)量和效率。不過，即使現(xiàn)在每個(gè)碟片是6千瓦，這個(gè)獨(dú)特的激光規(guī)律仍沒有達(dá)到每個(gè)碟片的輸出功率或者光束質(zhì)量的基本極限。碟片式激光器概念為未來工業(yè)激光器加工樹立了先進(jìn)、靈活的設(shè)計(jì)理念。

　　更小的占地面積，以及更少的投資、操作成本，使制造商能更有精力實(shí)現(xiàn)碟片式激光器技術(shù)：安裝了3000臺(tái)高功率碟片式激光器，應(yīng)用到切割、焊接、激光復(fù)合焊、激光金屬熔覆焊接等領(lǐng)域，并且每年要1000臺(tái)激光器。碟片式激光器已經(jīng)成為了穩(wěn)定可靠的工業(yè)加工工具。下文將探討三個(gè)工業(yè)應(yīng)用，碟片式激光器是其合適的加工伙伴。

　　切割熱成形鋼材

　　在汽車行業(yè)，切割熱成形零部件已經(jīng)成為非常重要和快速發(fā)展的一種應(yīng)用。然而，當(dāng)高強(qiáng)度零部件（拉伸強(qiáng)度通常大于 1500 MPa）大量減少，乘客安全性提升，新的加工挑戰(zhàn)也隨之而來——傳統(tǒng)剪切工具損耗快，要剪切邊緣通常有裂紋的困擾。最終，激光加工是唯一能在保證高產(chǎn)量的情況下切割熱成形部件的加工方法。3千瓦和4千瓦碟片式激光器中的高光束質(zhì)量（4 mm-mrad）是切割超強(qiáng)三維不見的絕佳工具。在這種情況下，碟片式激光器和TruLaser Cell 8030搭配使用，一臺(tái)專門為熱成形切割市場(chǎng)設(shè)計(jì)的多軸系統(tǒng)誕生了（見圖1）。多軸系統(tǒng)卓越的光束質(zhì)量、短波長(zhǎng)以及高度動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定的特點(diǎn)，為制造商提供了高效的生產(chǎn)方式，并能適應(yīng)要求極高的汽車制造環(huán)境。

　　但是為什么使用碟片式激光器？以一個(gè)激光切割6305毫米長(zhǎng)、1.8毫米厚的汽車B柱案例來說明它的優(yōu)點(diǎn)。在2005年，這個(gè)B柱可以用一臺(tái)3200瓦的二氧化碳激光器在120秒內(nèi)切割完成。如果也加工同樣的部件，使用4千瓦碟片式激光器，激光器1微米波長(zhǎng)的耦合優(yōu)點(diǎn)，提升的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性和增強(qiáng)的激光功率使得加工在47秒內(nèi)就可完成，節(jié)約73 秒?；蛟谕瑯拥臅r(shí)間里，用二氧化碳激光器可以切割一個(gè)部件，而用碟片式激光器則可以切割超過2.5個(gè)部件。

　　動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)焊接

　　多年來，動(dòng)力傳動(dòng)零部件的激光焊接一直使用二氧化碳激光器，使用氦氣作為保護(hù)和等離子體抑制氣體。由于氮?dú)獾某杀驹黾佣译y以取得，制造商已經(jīng)在研究其它高能量光束解決方案，例如碟片式激光器，因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)不需要?dú)怏w或者使用氬氣作為保護(hù)氣體。碟片式激光器的高光束功率能滿足滲透和輸出要求。另外卓越的光束質(zhì)量和聚焦能力確保最低熱輸入和低變形率。比起二氧化碳激光器10%左右的WPE，碟片式激光器的WPE接近30%，給制造商提供了經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。碟片式激光器焊接的典型形狀如圖2所示，顯示了焊縫的高縱橫比。

        拼焊和疊焊在軸承制造方面的應(yīng)用很多，它們都可以用碟片式激光器連接。圖3顯示了軸肩連接。3千瓦碟片式激光器可以實(shí)現(xiàn)3毫米的焊接深度，焊接速度為3米/秒。碟片式激光器能焊接出非常細(xì)的接縫形狀，因此它也能焊接不同的復(fù)合材料。圖4顯示了不同焊接的剖面圖，調(diào)質(zhì)鋼（16MnCr5）被激光焊接成鑄鐵（GGG 60）。通常，人們可以期望在熔化帶大大提高強(qiáng)度，這會(huì)導(dǎo)致裂縫并影響焊縫。為了避免這種情況，需要使用填充金屬絲（NiBAS 70/20）來降低熔化帶的硬度，確保更同質(zhì)化的焊縫。峰值的硬度和由此產(chǎn)生的裂縫是可以避免的。差別就是使用焊接速度為2米/分、3500瓦的碟片式激光器來焊接，穿透深度為~3.2 毫米。

　　激光遠(yuǎn)程焊接是碟片式激光器一種常見、成功的全球應(yīng)用。許多汽車企業(yè)和他們的供應(yīng)商（例如座椅行業(yè)）依靠碟片式激光技術(shù)將遠(yuǎn)程焊接集成到了他們的生產(chǎn)線上。在戴姆勒、奧迪和大眾公司可以找到一些著名的應(yīng)用。碟片非常適合應(yīng)用的原因有以下幾點(diǎn)：

　　* 光纖傳導(dǎo)光束可以進(jìn)行機(jī)器人飛行焊接；

　　* 功率和光束質(zhì)量適于遠(yuǎn)程掃描焊接；

　　* 波長(zhǎng)使得無需保護(hù)氣體即可加工；

　　* 高WPE和超長(zhǎng)二極管壽命使運(yùn)行成本非常低；

　　* 激光器緊湊的體積和光纖傳輸使空間運(yùn)用更靈活；

　　* 多光纖輸出選擇可以高效、靈活地使用激光光源。

　因?yàn)楹附硬襟E中低效、低產(chǎn)能時(shí)間可以去除，遠(yuǎn)程焊接工藝的最大優(yōu)點(diǎn)是高產(chǎn)能。因此，激光器作為一種焊接工具，可以最高效地被使用。在傳統(tǒng)的激光焊接應(yīng)用中，激光器連續(xù)工作時(shí)間大概為30%-40%，但是使用遠(yuǎn)程激光焊接，連續(xù)工作時(shí)間可達(dá)90%。所以和傳統(tǒng)連續(xù)點(diǎn)焊相比，加工速度可以增加3到10倍。

　　遠(yuǎn)程激光焊接的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是焊接形式的高度靈活性。例如，制造商可以通過將焊縫形狀調(diào)整到焊點(diǎn)實(shí)際壓力以最優(yōu)化待焊接零部件的下料流程。焊縫形狀也可以根據(jù)空間要求進(jìn)行更改。當(dāng)細(xì)法蘭變?yōu)榧?xì)C形或線形焊接形狀時(shí)，圓形C形或其它寬形狀可以在大面積時(shí)被選用。圖5到圖7顯示了一系列遠(yuǎn)程焊接應(yīng)用。

　　總結(jié)

　　碟片式激光器的模塊化和靈活概念，輸出功率和光束質(zhì)量可以很方便地根據(jù)不同的汽車和其它應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。碟片式激光器證明了光束的多樣性和滿足全球主要工業(yè)市場(chǎng)需求的功率。在高速切割熱成形零部件，焊接動(dòng)力總成零部件以及飛行焊接上，碟片式激光器續(xù)寫了其幾十年的歷史以及在還處于成長(zhǎng)中的工業(yè)市場(chǎng)中所取得的成功。