Es gibt zwei Arten von Faserlasern: Singlemode und Multimode. Bei der Auswahl der besten Anwendung müssen die Unterschiede bei den Mikroschweißanwendungen berücksichtigt werden.
Singlemode-Faserlaser verwenden Fasern mit einem Kerndurchmesser von etwa 9 Mikrometern, um fokussierte Strahlen von nur 10 Mikrometern zu erzeugen. Dadurch sind sie ideal für Laserschneidanwendungen geeignet. Beim Schweißen entspricht die schmale Schweißnahtbreite jedoch möglicherweise nicht den meisten Toleranzen der Produktionsmontage.
Multimode-Faserlaser erzeugen einen Strahl mit „flacher Oberseite“ mit geringerer Intensität und größerer Gleichmäßigkeit, indem sie Fasern mit einem Kerndurchmesser von 50-300 Mikrometern verwenden. Dies erleichtert die Erweiterung der Schmelzzone und entspricht im Gegensatz zu anderen Lasertypen besser den Anforderungen des Laser-Mikroschweißens.
Diese Abbildung zeigt den Laser, der die Faser verlässt, und den Leistungsintensitätsquerschnitt in zwei Modi.
Erwägen Sie die Laserausrichtung für Schweißverbindungen. Um den Strahl an der Verbindungslinie auszurichten, ist aufgrund der Toleranz der Stapelposition und der Lücke zwischen den Schweißkanten normalerweise eine Punktgröße von mindestens 200 Mikrometern erforderlich. Um einen so großen Punkt mit einem Singlemode-Faserlaser zu erhalten, wäre jedoch eine Brennweite von 2-3 Fuß erforderlich, was für Schweißsysteme nicht praktikabel ist. Darüber hinaus nimmt die Mittenstärke eines Single-Mode-Lasers zum Rand hin ab, was zu einer Konzentration der Energie auf einem kleinen Bereich führt. Lücken in der Verbindung können zu Schweißproblemen wie Hinterschnitten oder ungefüllten Bereichen führen. Darüber hinaus kann eine hohe Laserintensität überschüssiges Material entfernen.
Multimode-Faserlaserstrahlen bieten eine gleichmäßige Intensitätsverteilung für einen stabilen Schweißprozess. Sie sind weniger von Lücken in der Schweißoberfläche betroffen und verfügen über ein stärkeres Profil, das mehr Material schmelzen kann und so effektiv alle für eine erfolgreiche Schweißung erforderlichen Lücken überbrückt.
Der Schweißquerschnitt von Singlemode- und Multimode-Lasern aus 0,06-Zoll dickem Edelstahl ist unten dargestellt. Der verwendete Singlemode-Faserlaser hatte eine Leistung von 500 W, eine Geschwindigkeit von 300 ipm und eine Punktgröße von 30 Mikrometern. Der verwendete Multimode-Faserlaser hatte eine Leistung von 700 W, eine Geschwindigkeit von 100 ipm und eine Punktgröße von 150 Mikrometern. Der zweite Multimode-Faserlaser hatte eine Leistung von 1 kW, eine Geschwindigkeit von 80 ipm und eine Punktgröße von 250 Mikrometern.
In bestimmten Fällen sind Singlemode-Faserlaser für das Lasermikroschweißen nützlich. Sie können zum Hochgeschwindigkeits-Überlappschweißen und für dichte Verbindungen mit weniger Laserleistung verwendet werden, während dennoch die gewünschte Eindringtiefe erreicht wird. Zu diesem Zweck können auch Multimode-Laser eingesetzt werden.