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用最亮的激光器致敬祖國七十華誕

rongpuiwing 來源:大科激光2019-08-14 我要評論(0 )   

1949年10月1日天安門城樓上毛主席以他特有的雄渾聲音宣告了共和國的誕生,到2019年,共和國即將迎來70華誕。這七十年,改天動地

1949年10月1日天安門城樓上毛主席以他特有的雄渾聲音宣告了共和國的誕生,到2019年,共和國即將迎來70華誕。


這七十年,改天動地,也驚天動地。在接下來的歲月裏,風雲(yun) 激蕩的世界將看到中國在“高端製造”領域的不斷突破。高亮度光纖激光器是高端製造領域的核心技術;大科激光銳意創新,努力研發世界一流的光纖激光器產(chan) 品。為(wei) 了致敬祖國七十華誕,大科人利用自己的第一代核心優(you) 勢產(chan) 品——最亮的2000瓦單模光纖激光器,創作了激光工藝作品《奮進“70”年》。


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圖1 奮進“70”年


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inkMacSystemFont, " font-size:16px;text-align:justify;background-color:#ffffff;"=""> 作品以慶祝祖國70華誕為(wei) 主題,用代表性的建築——天安門城樓為(wei) 主景,後排在紅旗簇擁之中的“70”字樣特別突出,代表祖國從(cong) 1949~2019的70年奮進曆程。作品以習(xi) 總書(shu) 記提出的“不忘初心,牢記使命”和“繼往開來、勇往直前”主題教育字樣作為(wei) 支撐,兩(liang) 側(ce) 有大科激光標識。作品以台階的方式呈現,給人以鮮明的層次感,寓示著祖國不斷向上發展,代表了大科人對祖國生日最誠摯的祝福。

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inkMacSystemFont, " font-size:16px;text-align:justify;background-color:#ffffff;"=""> 整個(ge) 作品由紫銅、黃銅和6061鋁合金三種高反材料組成,運用了激光切割、激光焊接和激光打標三大工藝。銅、鋁及其合金等高導熱係數、高電導率材料的激光加工工藝一直是激光加工領域的技術瓶頸,這些材料具有在固態下對激光的吸收率特別低、但熔化後其吸收率會(hui) 大大增加的特性。要對這些高反射材料實施激光加工,相應的激光器應該具備以下兩(liang) 個(ge) 特性:(1)優(you) 秀的抗高反能力;(2)出色的光束質量。大科第一代核心優(you) 勢產(chan) 品2kW單模抗高反連續光纖激光器DK-YSM2000AR,光束質量因子M²小於(yu) 1.2,接近衍射極限,采用多重措施處理工件的反射光,在高反材料的切割、焊接方麵具有無與(yu) 倫(lun) 比的優(you) 勢。

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圖2  DK-YSM 2000AR

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inkMacSystemFont, " font-size:16px;text-align:justify;background-color:#ffffff;"=""> 由於(yu) 紫銅具有良好的導熱性,在切割過程中材料的邊緣會(hui) 產(chan) 生嚴(yan) 重的熱影響區。為(wei) 了減少切割的熱影響痕跡,通常會(hui) 采用空氣進行切割,但其切割效率低且切割斷麵粗糙。為(wei) 了解決(jue) 紫銅的切割質量和效率問題大科激光改用氧氣切割,不僅(jin) 切割效率提升了200%,而且切割斷麵光滑;同時,通過改變激光器的出光模式,可以明顯的減少切割邊緣的熱影響區。目前,大科激光2kW抗高反型單模單諧振腔光纖激光器可以實現不鏽鋼、鋁合金、黃銅的最大切割厚度為(wei) 10mm,紫銅的最大切割厚度為(wei) 6 mm,也是唯一能實現4mm紫銅連續長時間無報警高質量切割,切割邊緣無明顯熱影響痕跡的激光器。DK-YSM2000AR單模抗高反連續光纖激光器可兼顧薄板的高速切割與(yu) 中厚板的亮麵切割,實測薄板切割能力明顯優(you) 於(yu) 3000W多模產(chan) 品,並可實現長時間無誤警連續切割高反射金屬材料。

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紫銅在焊接過程中產(chan) 生的高反光強度比切割更嚴(yan) 重,有研究表明常溫下紫銅對1064nm波段的激光吸收率隻有4%,波長越短其吸收率越高(如圖6),目前市場上最具有優(you) 勢的為(wei) 波長532nm的綠光激光器,但這種類型的激光器由於(yu) 技術和價(jia) 格等方麵的原因,使得其在工業(ye) 領域還未得到有效的應用。


另一方麵,研究發現當焊接小孔形成以後,紫銅對紅外光(1μm波段)吸收率可達到60%以上。研究者發現,在使用大功率多模激光器焊接紫銅時存在穩定性差、飛濺大、氣孔傾(qing) 向大、成形差等問題,這主要是由於(yu) 紫銅的高反射、高導熱、吸氫性等原因造成的,所以紫銅焊接時一般使用的是高功率、高速度的工藝,3mm的紫銅焊接需要的多模光纖激光器功率高達10KW,這也意味著設備的造價(jia) 顯著增加。


使用大科激光2kW抗高反型單模單諧振腔光纖激光器,搭載目前市場上成熟的擺動焊接頭,可以有效的避免以上工藝難題。實驗表明:DK-YSM2000AR單模抗高反連續光纖激光器可以對2mm的紫銅進行高質量的拚焊(如圖7),同時可根據不同熔深要求對焊接速度進行相應的調整,且不影響焊縫質量。相同條件下DK-YSM2000AR單模抗高反連續光纖激光器的功率密度是同功率普通光纖激光器的16倍,這也意味著使用DK-YSM2000AR單模抗高反連續光纖激光器進行紫銅焊接時更容易形成穩定的小孔,使得功率閾值更低,焊接工藝窗口更寬。


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圖6反射率與波長的關係圖

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圖7  2mm紫銅拚焊效果圖

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inkMacSystemFont, " font-size:16px;text-align:justify;background-color:#ffffff;"=""> 黃銅由於(yu) 鋅含量高,激光焊接時鋅元素的蒸發燒損,易造成氣孔、焊縫凹陷及焊縫焊接過程不穩定等缺陷(如圖8)。

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圖8黃銅焊接缺陷

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圖9黃銅焊接效果圖


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inkMacSystemFont, " font-size:16px;text-align:justify;background-color:#ffffff;"=""> 使用DK-YSM2000AR單模抗高反連續光纖激光器搭載擺動焊接頭,通過調整焊接功率和擺動參數等工藝條件,可以有效的避免焊接過程中的氣孔、飛濺等問題(如圖9),實現黃銅的近無缺陷焊接。實驗表明,DK-YSM2000AR單模抗高反連續光纖激光器焊接黃銅的最大深度可達4mm,焊接質量和工藝窗口遠高於(yu) 傳(chuan) 統的多模光纖激光器。作者:應用部總監 彭和思


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