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金属钣金新闻

独门秘籍——让激光加工无畏高反材料

星之球科技来源:光惠激光2021-12-01我要评论(0)

世界是人类从混沌自然中发现、界定、彰显和产生出来的全部个体事物组成的统一体,每个事物都同其它事物具有某种形式的关联,都处在普遍的联系之中,事物都有两面性:一...

世界是人类从混沌自然中发现、界定、彰显和产生出来的全部个体事物组成的统一体,每个事物都同其它事物具有某种形式的关联,都处在普遍的联系之中,事物都有两面性:一面是相互包容或相互统一的关系,另一面是相互对立或相互矛盾的关系。蛇毒就是一个很好的例子,足以致人死地,却依旧可以制成宝贵的中药,救人性命。有人说过:如果你把所有的错误都关在门外时,真理也要被关在门外面了。


在激光加工应用领域也有两面性,不管是切割还是焊接激光技术都有划时代的革命性,但遇到高反射材料却是激光加工的一大难题。因为高反材料通常对光纤激光的吸收率极低,而且吸收的热量很快会扩散,这对激光加工就造成了很大难度。同时,激光照射到这些高反材料上,大部分能量会被反射出去,反射的激光有可能会返回激光器内部,在加工过程中出现出光不稳定、或停止出光现象,甚至还会对激光器造成很大的损伤,缩短激光器的寿命。因此,激光加工高反材料一直以来都是业界要攻克的挑战。


高反射的定义

1、通常,材料的电阻率越小,对激光的吸收率越低。

下图所示为不同材料在20℃时的电阻率排序,通过对比,我们可以发现:银和铜的电阻率很小,即它们的高反能力很强。


2、材料表面越光滑,则对激光的反射越强。

对于普通的拉丝不锈钢,其反光能力不是很强;但当其表面足够光滑,达到镜面效果时,则对激光加工而言也存在一定程度的反射。


拉丝不锈钢


镜面不锈钢

3、材料的状态不同,对激光的吸收率也不同。

通常,固态金属对激光的吸收率较低,熔化成液态以后,吸收率会提高不少。如:室温下紫铜对红外激光的吸收率约为5%,加热到熔点附近后吸收率能够达到20%左右。

4、不同材料对不同波长光的吸收率也不同。

如下图所见,铜(Cu)和银(Ag)对于波长1070nm的光纤激光而言,是高反材料,其吸收率很低,远远低于铁(Fe)和钢(Steel);但是,它们对固体激光的吸收率相对而言就要高很多。


独门秘技—光惠抗高反(ABR)技术

光惠激光(GW)的ABR抗高反技术全称为:Anti-Back-Reflection,拥有完全自主的知识产权。激光器设有五级回返光探测与剥除装置;多模激光器在五级基础上,每个模块又单独设有一级抗回返光装置,可以有效保障内部器件不被损伤,保证激光器的稳定运行,轻松切割金、银、铜、铝等高反材料,胜任各种焊接应用。

单模

1、输出头抗高反设计

对于从材料表面反射回来的激光,首先会通过激光头后进入输出头,继而沿着光纤返回激光器内部。因此在激光输出头内部设有反光探测与剥除装置,能够第一时间探测到反光并将其剥除,并利用输出头上的水冷结构将这部分能量散发掉;同时,若探测到的反光能量过大,会触发输出光缆保护,停止出光,防止损害输出头以及光缆。


2、合束器抗高反设计

光惠光纤激光器采用双向泵浦结构,将多个泵浦产生的光通过正向合束器、反向合束器进入增益腔,通过增益放大后经由反向合束器耦合到一根光纤中,然后进入输出头。回返光一旦进入模组内部,通过增益腔后会被不断放大,增加激光器损坏的风险。因此,在反向合束器前端设有两级反光探测与剥除装置,逐级剥除回返光,并利用水冷结构散发能量,保障了内部光学器件的安全性。

3、指示光抗高反设计

在指示光(红光)前端另设有两级反光探测与剥除装置,确保红光指示器不被损伤。

4、模块抗高反设计

光惠激光的高功率多模组激光器,是由多个模块经过合束而成。在上述五级抗高反装置的基础上,每个模块设有反光探测与剥除装置,在回返光进入模块之前先进行一定程度的剥除,可以提升模块的可靠性,再配合模块内部的抗高反设计,保障高功率加工的稳定性。


加工高反材料的优势

1、高反材料的激光切割

铜是一种优良的导热、导电材料,随着交通和工业的日益发展,目前市场上对铜类合金特别是黄铜、紫铜的激光切割需求日趋旺盛,对此类材料的加工精度和加工速度要求越来越高,因此对激光器的抗高反性和稳定性也提出了更高的要求,如何快速稳定地切割黄铜、紫铜也是所有激光器厂家和切割机厂家所面临的问题之一。

光惠激光完全自主知识产权的ABR抗高反技术,在切割高反铜合金方面可以轻松胜任。12KW多模激光器氧气切割4mm紫铜速度可达10m/min,氮气切割4mm黄铜速度达15m/min,切割速度快、效率高,切面平整,底部无挂渣和毛刺。


激光12KW激光器


4mm紫铜切割


4mm黄铜切割

2、高反材料的激光焊接

近几年,在新能源汽车产业的带动下,动力电池行业迎来了爆发式增长。铝合金是动力电池材料的主要组成部分,占整个动力电池的90%以上。因而,激光焊接铝合金技术正在发挥越来越重要的作用。

光惠激光独有的ABR抗高反技术、结合其976nm高亮度技术,在焊接铝合金方面拥有得天独厚的优势。如动力电池的正极极柱和防爆阀材料通常为厚度1mm以下的1系纯铝,采用GW 的1KW单模激光器,可以获得外观和性能良好的焊缝,速度可达170mm/s。


激光1KW激光器


动力电池正极极柱焊接


动力电池防爆阀焊接


在光纤激光器领域,光惠激光从一开始就比肩全球激光巨头IPG,用军工品质打造光惠激光独有的品牌优势。光惠激光从成立伊始,就组织科研力量在高亮度、抗反射方面进行不断探索,未来还将在这方面持续提升,提高产品的稳定性,实现产品和技术的迭代升级,满足更多行业的加工需求。


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