1、光纤激光器与 CO2 激光器使用比较一、光纤激光器和 CO2 激光器在使用过程中稳定性的比较在激光焊接设备日常使用过程中，由于光纤激光器靠整根光纤来传导激光，而 CO2 激光器需要靠外光路系统来传导激光，因此，在每次设备开始使用前，CO2 激光器都要进行光路调整，而光纤激光器不需要调整。与光纤激光器的光纤相比，CO2 激光器的外光路系统在使用过程中较容易受到外界振动和冲击的影响。因此，与光纤激光器的光纤相比，CO2 激光器的外光路系统在使用过程中的稳定性较差。二、相同功率的光纤激光器和 CO2 激光器的能耗比较图 1 所示为 4000W 的光纤激光器、CO2 激光器、DISC 激光器、YAG
2、激光器每小时运行成本的比较。比较内容为激光切割（或焊接）时所用的气体和激光气体、厂房成本、维护和保养、电能消耗、零部件更换、激光器成本等在 8 年的使用成本平均到每小时的成本消耗。由图 1 易知，在输出 4000W 的激光时，光纤激光器的一小时的总体消耗为 12.5 美元，而 CO2 激光器的一小时的总体消耗为 25 美元，约为光纤激光器消耗的两倍。图 1 功率 4000W 不同类型激光器耗能比较 图 2 不同材料对不同波长吸收率的比较三、材料对不同波长激光吸收率的比较图 2 所示为塑料、金属、陶瓷和玻璃对不同波长激光的吸收率的比较。由于光纤激光器产生的激光波长为 1.06m，而 CO2 激光
3、器产生的激光波长为 10.6m。由图 2 易知，金属对光纤激光器产生的激光的吸收率要远远优于对 CO2 激光器产生的激光的吸收率。除了材料对光纤激光器产生的激光的吸收率更高外，而且光纤激光器产生的激光的光束质量要优于 CO2 激光器产生的激光。2 000W 的光纤激光器产生的激光的光束质量为：2mmmrad，2000W 的 CO2 激光器产生的激光的光束质量为 3.5mmmrad，4000 的 CO2 激光器产生的激光的光束质量为 4.5mmmrad。由于金属材料对光纤激光的吸收要优于对 CO2 激光的吸收，而且 2 000W 的光纤激光的光束质量要优于 4 000W 的 CO2 激光的光束质
4、量。因此，使用 2 000W 的光纤激光器通过分时光闸的方式，可以达到 4000W 的 CO2激光器通过分功率方式达到一样的焊接效果，甚至要更好。四、光纤激光器和 CO2 激光器使用消耗比较表 1 所示为光纤激光器和 CO2 激光器使用消耗的比较。比较内容包括激光波长、光电转换效率、满载时功率消耗、激光气体、保护气体、以及冷水机组功率消耗和外光路的维护成本等。表 1 光纤激光器和 CO2 激光器使用消耗的比较光纤激光器 CO2 激光器功率及厂家 2000W IPG 3000W IPG 3000W Rofin 3000W PRC激光光波长 1070nm 1070nm 10600nm 10600n
5、m光电转化效率 25%30% 25%30% 8%12% 8%9%满载时功率消耗 7kW 11kW 39kW 33kW对环境的要求光路简单，对环境的要求不高，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有较高容忍度对外部环境有要求，尽量少尘，设备要跟附近的震源隔开，保证激光器干燥和恒温激光气体 无 无 Rofin 专用气体，每年大约 21900 元高纯 N2 高纯 He（ 1500 元一瓶）CO2 混合气体 每年大约 8 万元激光器内部镜头保护气体 无 无要求高纯 N2 压强0.5MPa要求高纯 N2 压强0.5MPa所需水冷机组容量 6kW 9kW 30kW 28.1 kW所需水冷机组功率 1.5kW 2
6、kW 7.5kW 7kW外光路的清理维护 无 无不 定 期 维 护 维 修（ 2000 小时）不定期维护维修（ 2000 小时）占地面积（平方米） 1 1 6 10金属吸收率 35% 35% 12% 12%寿命 10 万小时 10 万小时 2000 小时（维护） 2000 小时（维护）光束质量 2mmmrad 2mmmrad 0.15mrad 0.2mrad加工便捷性 柔性好，适应性强 柔性好，适应性强 不方便移动 不方便移动激光器价格（万） 198 238 130 110从表中可知，光纤激光器光束质量最好，短波长、可聚焦光斑最小，可获得功率密度最高，最有利于保障厚板铝合金激光切割的质量、稳定
7、性和效率；其次，光电转换效率高，维护方便、使用成本低；光纤传输，适合柔性化生产，可多光路传输，便于激光加工任务的切换。同时，国内其他单位和厂家的应用研究较多，已经得到广泛认可，保修时间长，应用领域广，售后有保障。CO2 激光器虽然价格较低，但其能耗高，耗材消耗量大；光束质量比固体激光器差；存在运动部件，使用寿命短，维护困难，且无法进行光纤传输。当激光器满载工作时，与 3000W 的 CO2 激光器相比，2000W 的光纤激光器每小时可以节约 32 度电，水冷机组每小时可以节约 6 度电。每天以 16 小时工作计算，一个月可以节省 18240 度电，一年可以节省 218880 度电。每度电以 1 元计算，每年可节省 21.88 万元。加上其他的消耗以及 CO2 的设备维护费用等，与 3 000W 的 CO2 激光器相比， 2000W 的光纤激光器每年可节省开支近 30 万元。另外折旧费用的比较 2000W 光纤激光器光闸加水冷与 3000W Rofin 的 CO2 激光器加光闸和水冷的价格相当。不过光纤激光器的运行时间（10 万小时）要远远长于 CO2 激光器的运行时间（3 万小时） 。这样设备的年折旧费用光纤激光器的 26.6 万元/年要远远小于 CO2 激光器。
