Существует два типа волоконных лазеров: одномодовые и многомодовые. Их различия в приложениях микросварки необходимо учитывать при выборе лучшего из них.
В одномодовых волоконных лазерах используются волокна с диаметром сердцевины около 9 микрон для создания сфокусированных лучей размером всего 10 микрон. Это делает их идеальными для лазерной резки. Однако при сварке узкая ширина сварного шва может не соответствовать большинству допусков производственной сборки.
Многомодовые волоконные лазеры генерируют луч с «плоской вершиной» меньшей интенсивности и большей однородности за счет использования волокон с диаметром сердцевины 50-300 микрон. Это облегчает расширение зоны плавления и лучше удовлетворяет потребности лазерной микросварки, в отличие от других типов лазеров.
На этом рисунке изображен выход лазера из волокна и поперечное сечение интенсивности мощности в двух режимах.
Рассмотрите возможность лазерной центровки сварных соединений. Для выравнивания балки по линии соединения обычно требуется размер пятна не менее 200 микрон из-за допусков на положение укладки и зазора между свариваемыми кромками. Однако для получения такого большого пятна с помощью одномодового волоконного лазера потребуется фокусное расстояние 2-3 футов, что нецелесообразно для сварочных систем. Кроме того, сила центра одномодового лазера уменьшается по направлению к краю, что приводит к концентрации энергии на небольшой площади. Зазоры в соединении могут вызвать проблемы со сваркой, такие как подрезы или незаполненные области. Кроме того, высокая интенсивность лазера позволяет удалить излишки материала.
Лучи многомодового волоконного лазера обеспечивают равномерное распределение интенсивности для стабильного процесса сварки. На них меньше влияют зазоры на сварочной поверхности, и они имеют более прочный профиль, который может расплавить больше материала, эффективно перекрывая любые зазоры, необходимые для успешной сварки.
Поперечное сечение сварного шва одномодовых и многомодовых лазеров из нержавеющей стали толщиной 0.06-дюйма показано ниже. Используемый одномодовый волоконный лазер имел мощность 500 Вт, скорость 300 изображений в минуту и размер пятна 30 микрон. Используемый многомодовый волоконный лазер имел мощность 700 Вт, скорость 100 изображений в минуту и размер пятна 150 микрон. Второй многомодовый волоконный лазер имел мощность 1 кВт, скорость 80 изображений в минуту и размер пятна 250 микрон.
Одномодовые волоконные лазеры в некоторых случаях полезны для лазерной микросварки. Их можно использовать для высокоскоростной сварки внахлест и плотных соединений с меньшей мощностью лазера, сохраняя при этом желаемую глубину провара. Для этой цели также можно использовать многомодовые лазеры.