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高功率单模/准单模光纤激光器在焊接应用中的优势2020-09-14 23:21

一般来说,激光器输入光束根据物理特性可分成单模(singlemode)和多模(multi-mode)两种。按照光束质量M2因子的有所不同,我们可以将M2因子大于1.3的单模激光称作显单模(puresinglemode),其LP01模的能量占到比相似100%。M2因子在1.3~2.0之间的单模激光称作定单模(quasisinglemode),其LP01模的能量占到比多达90%并经常出现少量的LP11模和LP02模。多模激光M2因子小于2.0,这种模式下输入纤芯较小(一般在50μm及以上),模式数目较多。

高功率单模/准单模光纤激光器在焊接应用中的优势

从能量空间产于特征上来看,单模激光呈现出典型的高斯分布,如图1左右图,而多模激光则是由多个激光模式变换一起,典型的产于形态是平顶,如图1右右图。图1单模和多模激光能量产于示意图湖南大科激光有限公司已发售1000~3000W显单模光纤激光器产品和5000W定单模产品,其典型值如表格1右图。同等激光功率经完全相同的光学系统探讨后,焦点处单模激光的能量密度远高于多模激光。为了便于较为,表格2得出了5000W定单模产品和多模产品的探讨参数较为。表格25KW定单模和典型多模探讨参数对比录:表中计算出来以F200/250激光加工头为事例。众所周知,激光对金属的加工原理就是通过低能量密度的激光瞬间使金属产生熔融甚至汽化,超过除去或相连的目的。从下诏可以显现出,在完全相同条件下单模激光在焦点处的能量密度相似多模的11倍,即使在5mm离焦的条件下,单模的能量密度仍是普通多模的5倍。比较多模激光,单模激光具备如此占优势的能量密度,通过合理利用,可以十分有效地提升加工能力或效率。大科单模激光器在普通材料焊上的优势激光焊中最常用的应用于就是浅熔焊,浅熔焊是通过小孔效应来吸取激光能量的,单模激光的焦点光斑尺寸小能量集中于,因此与多模激光比起,单模激光获得的小孔更加小、加深,孔内压力更大更加平稳,融合光束转动技术,完全相同功率的单模激光焊普通材料时与多模激光比起具备以下优势:1、更大的熔深2、更大的浅宽比3、更加小的热影响区4、焊缝上下宽度差小(更加相似矩形焊缝形貌)大科3KW单模激光焊不锈钢的焊缝形貌如图2右图。图2焊缝形貌大科单模激光器在低鼓吹材料焊上的优势有所不同材料对有所不同波长激光的吸收率如图3右图,从图中可以显现出,用光纤激光(典型波长1080nm)加工低鼓吹材料(如Cu、Al、Ag等)时,吸收率极低,常温下紫铜对1080nm激光的吸收率只有将近5%,如此较低的吸收率使得一般的光纤激光器很难用作加工尤其是焊紫铜、铝合金等高鼓吹材料,这主要反映在两方面:一方面拒绝十分低的功率(6mm紫铜焊,多模激光器的功率必须高达15000W),另一方面低的反射率不会引发频密的报警甚至不会对激光器产生不可逆的毁坏。所以目前市场上用于光纤激光器焊低鼓吹材料(尤其是紫铜)的顺利应用于案例还不多,虽然通快针对这一痛点发售了绿光激光来解决问题这个问题,但是目前绿光激光在工业上应用于不存在功率严重不足和成本高的两大难题。图3有所不同材料对有所不同波长激光的吸收率虽然低鼓吹材料常温下对近红外激光的吸收率不低,但是构成平稳的匙孔后其吸收率不会明显减少,例如焊紫铜时,匙孔构成后对近红外激光的吸收率可提升50%。如何在瞬间构成平稳匙孔来提升吸收率和增加熔融时间防止焊缝产生相当严重的气孔沦为解决问题紫铜激光焊的两大方向,所以紫铜焊一般用于超高功率、高速度的工艺解决方案,但这也带给了成本增加的难题。从表格2可以显现出,完全相同条件下,与多模激光比起,单模激光焦点处光斑尺寸显著增大,能量密度明显减少,这十分有利于紫铜激光焊。但是由于单模激光器过小的焦点光斑尺寸,原本指出这类激光器不合适激光焊应用于,但光束转动技术应用于后,利用小光斑也可以构建平稳焊(如图4右图),而且焊缝的几何形状可以获得高效率设计,这样不但防止光斑过小的缺失同时也充分发挥了单模激光更容易构成平稳小匙孔的优势。图4光束转动示意图大科激光生产的2kW单模激光器M2因子大于1.2,可用作倒数焊紫铜,焊缝深度平均2.3mm且无显著缺失,表格3得出了大科2kW单模激光器焊紫铜的结果,实验指出大科单模激光器在焊紫铜等高鼓吹材料时展现出出有了较好的适应性,为紫铜激光焊应用于获取了有效地的解决方案。表格3大科单模激光紫铜焊效果低鼓吹材料中除了紫铜外铝合金尤其是5系由和6系铝合金也是激光焊的难题,这主要反映为更容易产生显著的气孔和裂纹。大科单模激光器在铝合金焊上也具备显著优势,明确对比如下:总结1、完全相同功率下单模激光器的光斑直径显著大于多模激光器,能量密度远高于多模激光器。2、大科激光的单模系列产品具备极强的抗高鼓吹能力,可对低鼓吹材料展开不间断的加工。3、融合光束转动技术后单模激光在焊紫铜、铝合金等高鼓吹材料上具备显著优势,DK-YSM2000AR焊紫铜深度平均2.3mm,焊缝质量好。焊铝合金时可相当大程度防止焊缝缺失,提升焊缝质量。4、与多模激光器比起,单模激光焊普通材料具备更大的熔深和浅宽比、更加小的热影响区、焊缝上下宽度差小(更加相似矩形焊缝形貌)的优势。