高功率IPG光纖激光器應用簡介

1、高功率 IPG 光纖激光器應用簡介一、 IPG 光纖激光器簡介1 .光纖激光器簡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)上開發(fā)出來：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“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當適當加入正反饋回路（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， 光纖激光的柔性導光系統(tǒng)，非常容易與機器人或多維工作臺集成。第三，光纖激光器體積小，重量輕，工作位置可移動。第四，光纖激光器可以達到前所未有的大功率（至五萬瓦級）。第五， 在工業(yè)應用上

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用最低。第六，一器多機，即一個激光器通過光纖分光成多路多臺工作。第七，免維護，使用壽命長。最后，由于其極高的穩(wěn)定性，大大降低了運行中對激光質(zhì)量監(jiān)控的要求。簡單來說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、可移動性和柔性。3.IPG 簡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)在美國東部麻省。IPG 在德國、美國、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

3、售和服務網(wǎng)點，覆蓋美國、英國、歐洲、印度、日本、韓國、新加坡和中國，并于2006 年在美國納斯達克上市。十八年來，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，同時也是唯一一個能為客戶提供高性價比的光纖和半導體激光器的廠家。高功率是IPG 的優(yōu)勢。全世界已有上千臺IPG 的高功率（>1KW ）光纖激光器在汽車制造、 船舶制造、海上平臺和石油管道、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IPG 的大功率光纖激光器。這些激光器的成功應用，說明了IPG 光纖激光已成熟，且成為制造業(yè)的技術(shù)工具之一。依近期國內(nèi)各廠家、院校、

4、集成商對IPG 光纖激光器大量的訂單來看，光纖激光在中國市場廣泛應用的局面會很快到來，尤其是在金屬加工（切割、焊接、熔覆、快速成型等）方面。二、高功率光纖激光應用領(lǐng)域1 .激光焊接領(lǐng)域的應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焊。連續(xù)激光通過調(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1 萬赫茲，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、機器人和遠程焊接系統(tǒng)內(nèi)。無論采用何種光束輸送方式，光纖激光器都具有無可比擬的性能。典型的點焊應用包括依靠振鏡頭傳送光束，從而完成剃須刀

5、片和硬盤撓曲的焊接，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，因而遠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程焊接工位包括車門焊接、多點焊接和整個車身框架的搭接焊接。光纖激光器焊接的其它例子包括傳動部件全熔焊、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.激光焊接的應用2 .激光切割領(lǐng)域的應用波長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)點包括工作波長、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。通過改變光學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，因而厚金屬切割時形成的切口小

7、，切壁直。高功率多模激光的常見應用領(lǐng)域包括汽車車身零件的 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程。圖2.激光切割的應用3 .激光表面處理應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型主要取決于零件本身， 絕大多數(shù)硬化應用需要使用連續(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、光表面處理的應用。圖3.激光表面處理的應用三、國內(nèi)高功率光纖激光應用實例北京工業(yè)大學激光工程研究院和寶鋼股份寶鋼分公司采用IPG YLR 6000光纖激光器對寶鋼生產(chǎn)的汽車用 700Mpa1.5mm厚高強鋼板進行了焊接試驗，并對焊接樣品的焊接 區(qū)和母材進行顯微組織分析。結(jié)果表明焊接區(qū)域經(jīng)過激光快熱快冷后形成均勻細小的等軸 晶，平均晶粒尺寸較母材細小。對焊接后 樣品進行力學性能測試，試樣的斷裂位置為母材，表明焊接對母材的力學性能的影響不大，可以使用光纖激光實現(xiàn)車用高強鋼的高質(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，通過龍門固定倒掛機器人或立式固定機器人底座、光纖激光器柔性傳輸高品質(zhì)的激光到切割頭、獨立開發(fā)的PLC集成控制機器人、激光器等部件對汽車三維零件進行異形加工。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、使用成本維護低、操作簡單等特點。 法利萊三維激光