高功率IPG光纖激光器應(yīng)用簡(jiǎn)介

1、高功率 IPG 光纖激光器應(yīng)用簡(jiǎn)介一、 IPG 光纖激光器簡(jiǎn)介1 .光纖激光器簡(jiǎn)介光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)：在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路（構(gòu)成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。2 . 光纖激光器的優(yōu)勢(shì)首先是使用成本低，光纖激光器替代了不穩(wěn)定或高維修成本的傳統(tǒng)激光器。其次， 光纖激光的柔性導(dǎo)光系統(tǒng)，非常容易與機(jī)器人或多維工作臺(tái)集成。第三，光纖激光器體積小，重量輕，工作位置可移動(dòng)。第四，光纖激光器可以達(dá)到前所未有的大功率（至五萬(wàn)瓦級(jí)）。第五， 在工業(yè)應(yīng)用上

2、比傳統(tǒng)激光器表現(xiàn)更優(yōu)越。它有適用于金屬加工的最佳波長(zhǎng)和最佳的光束質(zhì)量， 而且光纖激光器在每米焊接和切割上的費(fèi)用最低。第六，一器多機(jī)，即一個(gè)激光器通過(guò)光纖分光成多路多臺(tái)工作。第七，免維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)。最后，由于其極高的穩(wěn)定性，大大降低了運(yùn)行中對(duì)激光質(zhì)量監(jiān)控的要求。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是高功率下的極好光束質(zhì)量，高光束質(zhì)量下的極好電光效率，高功率高光束質(zhì)量下的極小體積、可移動(dòng)性和柔性。3.IPG 簡(jiǎn)介全球最大的光纖激光制造商IPG Photonics 由 Valentin Gapontsev 博士于 1991 年創(chuàng)建，總部設(shè)在美國(guó)東部麻省。IPG 在德國(guó)、美國(guó)、俄羅斯和意大利設(shè)有生產(chǎn)、研發(fā)基地，并在全球設(shè)有銷(xiāo)

3、售和服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，覆蓋美國(guó)、英國(guó)、歐洲、印度、日本、韓國(guó)、新加坡和中國(guó)，并于2006 年在美國(guó)納斯達(dá)克上市。十八年來(lái)，IPG 致力于縱向合成，所有的核心配件均為IPG 研發(fā)、生產(chǎn)和擁有，同時(shí)也是唯一一個(gè)能為客戶提供高性價(jià)比的光纖和半導(dǎo)體激光器的廠家。高功率是IPG 的優(yōu)勢(shì)。全世界已有上千臺(tái)IPG 的高功率（>1KW ）光纖激光器在汽車(chē)制造、 船舶制造、海上平臺(tái)和石油管道、航空航天和技術(shù)加工等工業(yè)領(lǐng)域中得以應(yīng)用。在日本，我們向豐田、三菱、住友在內(nèi)的客戶售出了數(shù)百臺(tái)IPG 的大功率光纖激光器。這些激光器的成功應(yīng)用，說(shuō)明了IPG 光纖激光已成熟，且成為制造業(yè)的技術(shù)工具之一。依近期國(guó)內(nèi)各廠家、院校、

4、集成商對(duì)IPG 光纖激光器大量的訂單來(lái)看，光纖激光在中國(guó)市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的局面會(huì)很快到來(lái)，尤其是在金屬加工（切割、焊接、熔覆、快速成型等）方面。二、高功率光纖激光應(yīng)用領(lǐng)域1 .激光焊接領(lǐng)域的應(yīng)用光纖激光器的光束質(zhì)量好，連續(xù)功率大，適用于深熔焊和淺表熱導(dǎo)焊。連續(xù)激光通過(guò)調(diào)制可提供激光脈沖，從而獲得高峰值功率和低平均功率，適用于需要低熱輸入要求的焊接。由于高功率激光的調(diào)制頻率高達(dá)1 萬(wàn)赫茲，因而能夠提高脈沖焊接的產(chǎn)能。光纖輸送方式使激光能夠靈活地集成在傳統(tǒng)焊鉗、振鏡頭、機(jī)器人和遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)內(nèi)。無(wú)論采用何種光束輸送方式，光纖激光器都具有無(wú)可比擬的性能。典型的點(diǎn)焊應(yīng)用包括依靠振鏡頭傳送光束，從而完成剃須刀

5、片和硬盤(pán)撓曲的焊接，從而充分地利用光纖激光器的脈沖功能。光纖激光器的光斑小，焦距長(zhǎng)，因而遠(yuǎn)距離激光焊接的能力大大提高。1-2 米的工作間距與傳統(tǒng)機(jī)器人相比使工作區(qū)域提高了數(shù)倍，配備光纖激光器的遠(yuǎn)程焊接工位包括車(chē)門(mén)焊接、多點(diǎn)焊接和整個(gè)車(chē)身框架的搭接焊接。光纖激光器焊接的其它例子包括傳動(dòng)部件全熔焊、船用厚鋼板深熔焊、電池組密封焊接、高壓密封等等。圖 1 展示了光纖激光焊接的效果。圖1.激光焊接的應(yīng)用2 .激光切割領(lǐng)域的應(yīng)用波長(zhǎng)1070 nm的摻鏡光纖激光器是激光切割的理想光源，光纖激光器在切割領(lǐng)域的部 分優(yōu)點(diǎn)包括工作波長(zhǎng)、數(shù)千瓦功率、良好的波束質(zhì)量、有效功率范圍大、功率穩(wěn)定、光斑小。 光纖激光器的

6、動(dòng)態(tài)工作功率范圍非常大，即使激光功率發(fā)生變化，光束焦點(diǎn)及其位置依然保持固定，從而使每次的處理結(jié)果始終保持一致。通過(guò)改變光學(xué)裝置的配置可大范圍的改變光斑尺寸，從而允許終端用戶根據(jù)切割材料和壁厚選擇相應(yīng)的功率密度。光纖激光器光束質(zhì)量高、光斑小、脈沖能量高， 非常適合薄材料的精細(xì)切割。脈沖切割方式產(chǎn)生的熔渣和熱影響 區(qū)（HAZ）極小，是許多微加工領(lǐng)域必不可少的切割方式。光斑小，功率密度就高，相應(yīng)的 切割速度就快，切縫質(zhì)量好。光纖激光器脈沖調(diào)制切割的例子包括心血管支架切割、太陽(yáng)能電池板硅片切割、模具切割等。高功率多模激光通常用于薄板材和厚板材的連續(xù)切割。由于景深大、光斑小，因而厚金屬切割時(shí)形成的切口小

7、，切壁直。高功率多模激光的常見(jiàn)應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車(chē)車(chē)身零件的 3-D切割，如液壓成形管件、耐高溫鋼等，航空領(lǐng)域鋁、鈦合金材 料的挪釘孔切割，造船和鋼鐵行業(yè)的厚鋼板切割。圖2展示了光纖激光切割的過(guò)程。圖2.激光切割的應(yīng)用3 .激光表面處理應(yīng)用激光是使各種工具和表面硬化的優(yōu)質(zhì)熱源。這種熱源能夠使材料的金相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化， 使表面硬化，從而提高材料的耐磨性。表面硬化處理所選擇的激光類(lèi)型主要取決于零件本身， 絕大多數(shù)硬化應(yīng)用需要使用連續(xù)光束，例如絕大多數(shù)工業(yè)工具上使用的軌道的硬化。部分精密/微小零件的硬化需要使用脈沖激光。通常任何激光都可用于硬化處理，主要看它們能否 達(dá)到所要求的硬化深度和硬度。圖3展示了激

8、光表面處理的應(yīng)用。圖3.激光表面處理的應(yīng)用三、國(guó)內(nèi)高功率光纖激光應(yīng)用實(shí)例北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院和寶鋼股份寶鋼分公司采用IPG YLR 6000光纖激光器對(duì)寶鋼生產(chǎn)的汽車(chē)用 700Mpa1.5mm厚高強(qiáng)鋼板進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，并對(duì)焊接樣品的焊接 區(qū)和母材進(jìn)行顯微組織分析。結(jié)果表明焊接區(qū)域經(jīng)過(guò)激光快熱快冷后形成均勻細(xì)小的等軸 晶，平均晶粒尺寸較母材細(xì)小。對(duì)焊接后 樣品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，試樣的斷裂位置為母材，表明焊接對(duì)母材的力學(xué)性能的影響不大，可以使用光纖激光實(shí)現(xiàn)車(chē)用高強(qiáng)鋼的高質(zhì)量焊接。目前華工法利萊推出技術(shù)領(lǐng)先的三維光纖激光切割機(jī)，通過(guò)龍門(mén)固定倒掛機(jī)器人或立式固定機(jī)器人底座、光纖激光器柔性傳輸高品質(zhì)的激光到切割頭、獨(dú)立開(kāi)發(fā)的PLC集成控制機(jī)器人、激光器等部件對(duì)汽車(chē)三維零件進(jìn)行異形加工。該設(shè)備主要生產(chǎn)零件厚度在 0.5-2mm ,具有方便三維零件的加工、投資成本低、使用成本維護(hù)低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 法利萊三維激光