碟片式激光器的概念早在19世紀90年代就已建立，現(xiàn)行的開發(fā)加大了每個碟片的功率，并且提高了光束質(zhì)量和效率。不過，即使現(xiàn)在每個碟片是6千瓦，這個獨特的激光規(guī)律仍沒有達到每個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、靈活的設計理念。

　　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現(xiàn)碟片式激光器技術：安裝了3000臺高功率碟片式激光器，應用到切割、焊接、激光復合焊、激光金屬熔覆焊接等領域，并且每年要1000臺激光器。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。下文將探討三個工業(yè)應用，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)展的一種應用。然而，當高強度零部件（拉伸強度通常大于 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，一臺專門為熱成形切割市場設計的多軸系統(tǒng)誕生了（見圖1）。多軸系統(tǒng)卓越的光束質(zhì)量、短波長以及高度動態(tài)和穩(wěn)定的特點，為制造商提供了高效的生產(chǎn)方式，并能適應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？以一個激光切割6305毫米長、1.8毫米厚的汽車B柱案例來說明它的優(yōu)點。在2005年，這個B柱可以用一臺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微米波長的耦合優(yōu)點，提升的系統(tǒng)動態(tài)性和增強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間里，用二氧化碳激光器可以切割一個部件，而用碟片式激光器則可以切割超過2.5個部件。

　　動力傳動系統(tǒng)焊接

　　多年來，動力傳動零部件的激光焊接一直使用二氧化碳激光器，使用氦氣作為保護和等離子體抑制氣體。由于氮氣的成本增加而且難以取得，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，因為它的波長不需要氣體或者使用氬氣作為保護氣體。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)濟優(yōu)勢。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的接縫形狀，因此它也能焊接不同的復合材料。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度，這會導致裂縫并影響焊縫。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。

　　激光遠程焊接是碟片式激光器一種常見、成功的全球應用。許多汽車企業(yè)和他們的供應商（例如座椅行業(yè)）依靠碟片式激光技術將遠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用。碟片非常適合應用的原因有以下幾點：

　　* 光纖傳導光束可以進行機器人飛行焊接；

　　* 功率和光束質(zhì)量適于遠程掃描焊接；

　　* 波長使得無需保護氣體即可加工；

　　* 高WPE和超長二極管壽命使運行成本非常低；

　　* 激光器緊湊的體積和光纖傳輸使空間運用更靈活；

　　* 多光纖輸出選擇可以高效、靈活地使用激光光源。

　因為焊接步驟中低效、低產(chǎn)能時間可以去除，遠程焊接工藝的最大優(yōu)點是高產(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)的激光焊接應用中，激光器連續(xù)工作時間大概為30%-40%，但是使用遠程激光焊接，連續(xù)工作時間可達90%。所以和傳統(tǒng)連續(xù)點焊相比，加工速度可以增加3到10倍。

　　遠程激光焊接的另一個優(yōu)點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)整到焊點實際壓力以最優(yōu)化待焊接零部件的下料流程。焊縫形狀也可以根據(jù)空間要求進行更改。當細法蘭變?yōu)榧欳形或線形焊接形狀時，圓形C形或其它寬形狀可以在大面積時被選用。圖5到圖7顯示了一系列遠程焊接應用。

　　總結

　　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用進行調(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)市場需求的功率。在高速切割熱成形零部件，焊接動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中的工業(yè)市場中所取得的成功。