在電氣和電子產品中，一（yī）種新型技術通常會取代舊技術。白熾燈泡本質上已成（chéng）為過去，已由緊（jǐn）湊型熒（yíng）光燈，鹵素燈和發光二極管替（tì）代。黑膠唱片，盒式磁帶和光盤幾（jǐ）乎（hū）已被電子文件取代。膠片相機在（zài）某些收（shōu）藏者中（zhōng）很受青睞，但從本（běn）質（zhì）上說，數碼相機已（yǐ）經占領了市場。半個世紀以前，基（jī）於真空（kōng）管的無線電和放大器被固態單元（基於（yú）半導體的現代產品）推出。

幾十年來，工業激光器市場一直以CO2品種為主。當應用於管式軋機並用於焊縫焊接時，CO2激光雕刻出了一個競爭者的（de）利基（jī）市場，這是（shì）電阻焊和電（diàn）弧焊工藝的可行替代方案。如（rú）今，CO2品（pǐn）種正逐（zhú）漸被另一種技術（shù）取代：固態激（jī）光器。

焊接中斷

根據應用場合，管材生產商已使用氣（qì）體鎢極電弧焊，高頻電阻焊（hàn）（HF-ERW），等離子弧焊和激光焊（hàn）。對於少數利基應用，例如在海平麵（miàn）以下數千英尺處使用的不鏽鋼臍帶線，激光焊接可提供****的效果，從而形成具有其他焊縫無法比擬的焊縫。

但是，與（yǔ）幾乎所有技術一樣，激光焊接也有一些缺點（diǎn）。首先（xiān），它（tā）的速度不（bú）及較常見的鋼管焊接機HF-ERW焊接過程。其次，與電弧焊接工藝相比，激光需要更嚴格的防護，以保護操作員免受反射光的傷害。第三（sān），小的焊點尺寸意味著（zhe）將焊縫（féng）保持（chí）在12:00點位置至關重要。較後，這並不是真（zhēn）正的缺點（diǎn），而是從根本（běn）上說是吸引（yǐn）人的地方是，該投資並（bìng）沒有提供很多經濟利益。激光焊（hàn）接單（dān）元的資本成（chéng）本與（yǔ）HF-ERW單元的資本成本相當。

但是，更多的好處使這項技術值得研究。

CO2與固（gù）態激光器

顧名思義，現有的CO2激光器使用基於二氧（yǎng）化碳的氣（qì）體混合物。混合CO2電（diàn）激發其他氣體（通常是氮（dàn）氣和氦氣）以產生（shēng）焊接束。一些激光器具有渦輪，切向或羅茨式鼓風機，以使氣體流（liú）過（guò）由射頻信號（hào）或直流電激發的電極，而（ér）另一些激光器具有靜態氣體混合物，該混合物在經過指定的工作小時數後即可進（jìn）行交換（huàn）。必須按照時間表（biǎo）從諧振器中抽（chōu）出所有氣體並進行補（bǔ）充，這會導致存儲和維護它們的消耗（hào）品，設施和人工成本增（zēng）加。隨著氦氣越來越****，這種商品氣將導致運營成本不斷增加（jiā），並導致（zhì）其（qí）氣源和工廠現場（chǎng）其（qí）他（tā）氣體的管理。

二（èr）氧化碳激光在遠紅外光譜中以10,600納（nà）米（nm）的波長發射光能，也稱為（wéi）10μm。該光必須通過一係列用於改變其方向的直射（shè）鏡頭和反射鏡的封裝管從激光源（yuán）引導至工件。正確的維護需要認真注意清潔計劃和方（fāng）案，以防止損壞鏡（jìng）麵的高反射率，拋（pāo）光銅表麵，而這些鏡麵通常都經過特殊塗層（céng）處理。另一個要求是它們必須在軸向和正交方向上都保持對齊。也就是說，在每個彎曲（qǔ）位（wèi）置保持直角，以使（shǐ）光束在輸送管中居中，使聚焦的光束撞擊到管縫上的所需位置。

固態激光器有光纖或磁盤形式，其功率範圍與CO2相同。像CO2變種一樣，該名稱具有描述性，可以將激光束的來源確定為固體，可以是擠出的玻璃纖維或小的晶體盤。兩者均在固體基質中懸浮或摻雜以使用工業術（shù）語表示的稀土元素，該元（yuán）素被二極管激發，以發出900至1,070 nm（通常稱為1 μm）波長的光。

該（gāi）波長（zhǎng）的主（zhǔ）要（yào）優勢是CO2的十分之一，波長是指它可以通過柔性光纜從激光諧振器傳輸到焊接頭。該技（jì）術的較大優點（diǎn）之一就是：一種（zhǒng）非常簡單的光束（shù）傳輸係統，它沒有清潔時間表（biǎo）或對準（zhǔn）程序。這樣就消除了費力（lì）的工（gōng）作和定期的停機時間，從而贏得了車（chē）間（jiān）人員和運營經理的青睞。對於許多管材生產商而言，大幅度減少必要的維護時間可以將生產率提高到可以進行升級的程度。就其本身而言，光纖激（jī）光器（qì）沒有用戶（hù）可維修（xiū）的部件，也沒有每月甚（shèn）至每年的（de）維（wéi）護要求，除了簡單地為冷卻激光器和聚焦光學器件的冷卻（què）器更換水。

固（gù）態激（jī）光器（qì）

從設備的（de）角度來看，固態（tài）激光器所需的資源幾乎不如CO2同類的資（zī）源。除了簡化的光束傳輸係統以外，適中的占地麵積要求可能會帶來更大的價值（zhí）。如今，功率從8到（dào）10千瓦（kW）的光纖激光器僅需要類似功率的CO2激光器占地麵積的20％。再加上光纖激光器的電效率，它是CO2激光器的電效率的3到5倍，並且每小時的運行成本遠低於CO2技術。較後，固態激光器（qì）不需要氣體即可（kě）產（chǎn）生光束。這裏主要（yào）關注的是氦氣（qì），氦氣的（de）供應是有限的。成本在（zài）上升（shēng），在某些情況下，供應是合理的。

對於（yú）任何激光技（jì）術，操作員的安全都是首要考慮的問題。激光源反（fǎn）射的光會很快損壞視網膜，因為它們很容易吸收激光波長（zhǎng）。如前所述，CO2光束必須從光（guāng）源傳輸到管中的焊接盒，以防止（zhǐ）內部的不可見光與人員接觸。固態激光器的光纜受到多層（céng）保護，以提高耐用性和安全性，是一種理想的光傳輸設備。護眼CO2激光幾乎可以是任何玻璃（lí）或塑料（liào）材（cái）料，因為任何一種都會吸收很多反射光並阻止其進入眼睛。固態激光器需要保護眼睛的材料塗有特定波長的材料，該材料會吸收過程中反射的（de）任何（hé）光。兩種激光器都需（xū）要ANSI 1級（jí）外（wài）殼，以確保從（cóng）焊接（jiē）箱逸出的任何反射光都低於可接受的閾值（zhí）。

能力和警告。通常，激光焊接（jiē）用於不鏽鋼管，但幾（jǐ）乎適用於（yú）任何鐵或（huò）非鐵合金。經（jīng）過優化，固態激光器可以焊接壁厚非常薄且直徑很小（xiǎo）的管道（例如皮下注射（shè）產品），直（zhí）到厚壁約為5/16英寸（8毫米）。

雖然激光功率和線速度相（xiàng）關，但這並不意味著增加線速度隻（zhī）是增加激光功率的問題。一方麵，實際限製通常是每分鍾33到49英尺（每分鍾（zhōng）10到15米），以防止頂珠出現不規則現象（也稱為駝峰）。另一方麵，如果頂部的珠子將被磨碎，刨平，刨毛或以其他方式（shì）進行美容處理（lǐ），則這些波（bō）浪狀的固化圖案可能會被（bèi）忽略，從而使生產線運行得更快。

與鍛造和電阻焊技術相比，激（jī）光焊縫通常具有非常平行的側麵（miàn），並具有很好的可（kě）成形性。這是焊接用於排氣係統的400係列不鏽（xiù）鋼管的主要優勢，排氣管需要小（xiǎo）半徑的彎曲並形成波紋管形狀以進行熱膨脹（zhàng）和收縮控製。

固態激光器產生的光束可以聚焦（jiāo）到比許多CO2激光器更小的光（guāng）斑直徑（jìng）。這（zhè）可能（néng）是一個很大的優勢，但前提是管磨機可以在上死點處進行接縫並做好邊緣準備。但是（shì），如果焊點尺寸太小，過度的焊池揮發性會（huì）導致漏接縫和外徑或內徑上的焊縫飛濺（jiàn）。較（jiào）短的波長有助於大多數鋼比CO2激光器更（gèng）有效地吸收激光能量，因此必須（xū）注意從焊接過程中獲得所需的質量。二氧化碳激光在管內外清潔焊（hàn）接方麵享有很（hěn）高的聲譽，但是在過去的幾年中，為使固態激光器產生相似的結（jié）果已經做了很多工作。

光纖激光器的激光焊接通常受益於帶材邊緣毛刺朝下的焊接（jiē）。將收縮點的垂（chuí）直和水平（píng）間隙控製為帶鋼厚度（dù）的5％或（huò）更少，也會帶來高焊接（jiē）質量和外觀的好處。優化相對於（yú）收縮點的聚焦位置以（yǐ）及通常在帶材表麵上（shàng）的聚焦，有助於確保始終如一的高質量並較大程度地減少廢品。

相機和數字信號（hào）處理技術的較新進展使光學接（jiē）縫跟蹤成為一個可靠的（de）子係統，有助於形成高質量的焊接接（jiē）縫。攝（shè）像機檢測到（dào）擠壓（yā）輥（gǔn）附近帶材的縫（féng）隙，以便（biàn）隨著焊縫位置的變化來計算聚焦頭（tóu）的較佳位（wèi）置。軋機還可以使用附加的攝像機來顯示頂部（bù）焊珠，以便操作員（yuán）查找焊接缺陷，例如咬邊，底部填充（chōng）和缺乏（fá）熔合。

隨著減輕車輛重量變得越來（lái）越重要，用於（yú）結構元件的（de）高屈服強度材料的焊（hàn）接變得越來越普遍。在許多情況下，傳統的激光焊接係（xì）統重（chóng）新聯機以焊接這些零件。麵對大工作量的操作員正（zhèng）在懷疑舊的（de）CO2激光係統，因為許多人正在縮短其使用壽命。麵對可能發生的計劃外停（tíng）機，以停工生產以修複非常複雜的激光係統或替換（huàn）為當前技術，一些管材和型材生（shēng）產商正在轉向固態（tài）激光係統，以幫助降低生產成本，延長（zhǎng）生（shēng）產線的正常運行時間（jiān）和可靠性，並減少實（shí）用性和消耗品費用（yòng）。這轉化為更低的零件成本和更高的盈利能力。

新（xīn）生產線或更新現（xiàn）有生產線的成本理由應包括以下注意事項：

1.激光OEM的產品支持（chí）的當前狀態（tài）

2.有備（bèi）件（jiàn）和訓（xùn）練有素的服（fú）務技（jì）術人員來安裝它們

3.現有激光器的曆史記錄以及任何未解決或正在進（jìn）行的維護問題

4.相對於固態激光器（qì）的工藝改（gǎi）進

5.固態激光器和冷卻器節省的空間

6.消除激光處的氣（qì）體存儲

7.取消激光射頻電源和其他電（diàn）氣櫃

8.消除了（le）激光和光束（shù）傳輸的振動隔離

9.減少備件庫存

10.激光（guāng）器的（de）光纖電纜和冷（lěng）卻器的過濾器

11.焊接聚（jù）焦頭的備用透鏡和光（guāng）學元件（jiàn）

12.降低功耗並減少耗材

13.消（xiāo）耗傳統激光的10％的（de）電量

14.消除CO 2，氦（hài）氣，氮氣和其他氣體（tǐ）以（yǐ）產生光束

15.消除光束傳輸管的氣體（tǐ）或空氣幹燥器

16.消除光束路徑中的消耗性光（guāng）學元件

通往未來的道路

考慮到所有（yǒu）主要（yào）和外圍因素，固態激光器的外殼很容易製造。1 μm波長固態光纖（xiān）激光（guāng）器的使能特性（xìng）提高了管和型材的生產技術和效（xiào）率。所產生的收益（yì）通常有助於實現一到三年的投資回報。

任何可（kě）以熔融焊接的（de）材料都可以進行激光焊接，因此隨著技術在功率，可靠性和光學方麵的進步，製造管材，管（guǎn）材和型材的許（xǔ）多公司將繼續受益並在此（cǐ）基礎上開展工作。