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激光復(fù)合焊工藝在造船廠(chǎng)的應(yīng)用(3)

發(fā)布時(shí)間:2010-01-14 共1頁(yè)

    工業(yè)用單模IPG光纖激光器的最大功率通常為200瓦。更高功率的激光器的生產(chǎn)需用光纖激光組束技術(shù)。將各個(gè)光纖激光的輸出通過(guò)組合器組合為一束,成為單一的高質(zhì)量的激光束。例如,一個(gè)1000瓦的激光器會(huì)由10個(gè)單獨(dú)光纖激光組合而成。盡管此時(shí)的激光束已不再是單模的,但其光模質(zhì)量因子M2為7~10,比大功率的固態(tài)激光器要好。300微米光纖可傳輸7千瓦的光纖激光。多種不同形狀包括產(chǎn)生近似矩形截面光束的光纖都能被生產(chǎn)出來(lái)。
    摻鐿光纖激光器的效率是16~20%.摻鉺和摻銩光纖激光器的效率稍低,但仍比典型的YAG激光器高得多。獲得最好的波長(zhǎng)選擇是其必然的應(yīng)用。由于工業(yè)生產(chǎn)的需要,具有Nd:YAG激光器的性能并且對(duì)眼的安全比CO2 好的激光器將被生產(chǎn)出來(lái)。公司的單模CW系統(tǒng)能在脈沖周期短至10毫秒時(shí),被調(diào)制到5000Hz.脈沖周期短至1納秒或在100納秒脈沖內(nèi)脈沖能量不超過(guò)1毫焦耳的三種疊加脈沖激光器和功率從300瓦到10千瓦的多模CW激光器已面市。
    光纖激光技術(shù)為工業(yè)用戶(hù)提供了諸多益處。不需冷卻器的光模質(zhì)量因子為0.5M2的4千瓦光纖激光器比之傳統(tǒng)的11M2的氣體放電燈泵浦的Nd:YAG固體激光器自有著天淵之別。因?yàn)椴恍韪鼡Q閃燈或半導(dǎo)體,它們?cè)谡麄€(gè)使用壽命里不需維護(hù)及維修。極高的用電效率大大的減少了使用成本。更好的激光束質(zhì)量讓用戶(hù)可以享用比傳統(tǒng)激光器的大影響區(qū)和/或長(zhǎng)的工作距離優(yōu)越很多的直徑極小的光斑(1千瓦激光能被4英寸透鏡聚焦成50微米)。
    光纖激光技術(shù)的成本呢?低于1000瓦輸出功率的光纖激光器比燈泵浦的YAG激光器低或與之差不多。但這時(shí)大于1000瓦的光纖激光器的購(gòu)入成本較高。然而,當(dāng)將所有的因素考慮進(jìn)去—-占地面積,冷卻器,維護(hù)費(fèi)用等等,光纖激光器比等功率的棒式Nd:YAG激光器要廉價(jià)得多。在最近半年內(nèi),多臺(tái)幾千瓦級(jí)的光纖激光器正處于在歐洲工廠(chǎng)的第二測(cè)試版本的運(yùn)行環(huán)境中。這些激光器在多班倒的工作強(qiáng)度下至今沒(méi)出任何問(wèn)題,就其可靠性,達(dá)到相同的效果以往只能是用功率大得多的激光器。2千瓦的Beta測(cè)試版光纖激光器已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里焊接1.2mm的汽車(chē)鍍鋅板達(dá)到5m/min的焊接速度。而其質(zhì)量和性能堪比使用4千瓦的燈泵浦Nd:YAG激光器。末端光纖直徑為300微米的2千瓦光纖激光器能以10m/min的速度切割4mm厚的帶鍍層板,且無(wú)毛刺。最大的切割速度可達(dá)16m/min.
    再來(lái)看看7000瓦的光纖激光器與弧焊工藝相結(jié)合的情況,在Fronius(福尼斯)-Wels總部研發(fā)部的LaserHybrid激光復(fù)合焊實(shí)驗(yàn)室里已能焊接8mm厚的低合金和高合金鋼板。
    3 4000瓦燈泵浦固體激光器的工件焊接研究:
    由于目前Nd:YAG激光器的輸出功率已超過(guò)4000瓦,再加上其操作簡(jiǎn)單,如何將其技術(shù)工藝簡(jiǎn)單的應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中被提上研究課題。我們先來(lái)看看所有目前已被使用的CO2 和/或Nd:YAG激光器的應(yīng)用和研究。不利的是需對(duì)等離子體進(jìn)行保護(hù),這是由于僅為10.6μm的波長(zhǎng)而且精細(xì)的激光束需通過(guò)結(jié)構(gòu)無(wú)彈性的光學(xué)鏡系統(tǒng)進(jìn)行傳導(dǎo),這些都使得CO 2 激光器在生產(chǎn)實(shí)際中不能涉足移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域。但這種機(jī)器人或移動(dòng)應(yīng)用概念的實(shí)現(xiàn)對(duì)于Nd:YAG激光器來(lái)說(shuō)顯得輕而易舉。在過(guò)去的十年中這種類(lèi)型的固態(tài)激光器在工業(yè)的重要領(lǐng)域上獲利頗豐。由于它的波長(zhǎng)只有1.06μm,激光束能被柔性的光纖所傳導(dǎo),即便是長(zhǎng)達(dá)70米傳導(dǎo)距離,這些都使得應(yīng)用機(jī)器人在三維空間里的自由的焊接工作成為可能。沒(méi)有了需對(duì)等離子體保護(hù)的影響,于是在氣體保護(hù)焊工藝中就能使用最恰當(dāng)?shù)谋Wo(hù)氣優(yōu)化電弧穩(wěn)定性,熔滴過(guò)渡,無(wú)飛濺金屬熔接以及對(duì)熱影響區(qū)的保護(hù)。多工位激光系統(tǒng)只需用一個(gè)激光源供給能量。這樣優(yōu)化了激光源由于啟動(dòng)運(yùn)行本身所需的成本。大功率的Nd:YAG激光器的激光源在市場(chǎng)推出的時(shí)間較短,所以其價(jià)格(?/kW)相應(yīng)比CO2 激光源要高。但是其輸出功率較高,能高達(dá)6000瓦。在日本已完成了對(duì)10 000瓦級(jí)的激光器的嘗試。不要忽視激光發(fā)射光的危害,即使是相隔數(shù)米的距離也會(huì)對(duì)未加保護(hù)的眼睛造成傷害。
    歐盟的DockLaser計(jì)劃是通過(guò)研發(fā)用于船舶建造和維修的裝配作業(yè)區(qū)域的激光工藝技術(shù)和設(shè)備,達(dá)到提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)質(zhì)量,改善作業(yè)的靈活性和生產(chǎn)工作條件的目的。這些區(qū)域的共有特征是焊接工藝的效率低、熱輸入量大,從而導(dǎo)致焊接變形和對(duì)工件油漆表面及舾裝部件的損壞。該計(jì)劃詳細(xì)說(shuō)明了船塢作業(yè)區(qū)的激光工藝的應(yīng)用實(shí)例,需求和目標(biāo),來(lái)開(kāi)發(fā)焊接/切割工藝和設(shè)備。操作安全和規(guī)范是整套設(shè)備工藝的著重點(diǎn)。接近于最終用戶(hù)那兒的檢測(cè)實(shí)際要求和生產(chǎn)原型,將幫助實(shí)際生產(chǎn)條件下的效益評(píng)估和適用性的實(shí)現(xiàn)。

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