激光復合焊工藝在造船廠的應用(3)
發布時間：2010-01-14 共1頁
工業用單模IPG光纖激光器的最大功率通常為200瓦。更高功率的激光器的生產需用光纖激光組束技術。將各個光纖激光的輸出通過組合器組合為一束，成為單一的高質量的激光束。例如，一個1000瓦的激光器會由10個單獨光纖激光組合而成。盡管此時的激光束已不再是單模的，但其光模質量因子M2為7~10，比大功率的固態激光器要好。300微米光纖可傳輸7千瓦的光纖激光。多種不同形狀包括產生近似矩形截面光束的光纖都能被生產出來。
摻鐿光纖激光器的效率是16~20%.摻鉺和摻銩光纖激光器的效率稍低，但仍比典型的YAG激光器高得多。獲得最好的波長選擇是其必然的應用。由于工業生產的需要，具有Nd：YAG激光器的性能并且對眼的安全比CO2 好的激光器將被生產出來。公司的單模CW系統能在脈沖周期短至10毫秒時，被調制到5000Hz.脈沖周期短至1納秒或在100納秒脈沖內脈沖能量不超過1毫焦耳的三種疊加脈沖激光器和功率從300瓦到10千瓦的多模CW激光器已面市。
光纖激光技術為工業用戶提供了諸多益處。不需冷卻器的光模質量因子為0.5M2的4千瓦光纖激光器比之傳統的11M2的氣體放電燈泵浦的Nd：YAG固體激光器自有著天淵之別。因為不需更換閃燈或半導體，它們在整個使用壽命里不需維護及維修。極高的用電效率大大的減少了使用成本。更好的激光束質量讓用戶可以享用比傳統激光器的大影響區和/或長的工作距離優越很多的直徑極小的光斑（1千瓦激光能被4英寸透鏡聚焦成50微米）。
光纖激光技術的成本呢？低于1000瓦輸出功率的光纖激光器比燈泵浦的YAG激光器低或與之差不多。但這時大于1000瓦的光纖激光器的購入成本較高。然而，當將所有的因素考慮進去—-占地面積，冷卻器，維護費用等等，光纖激光器比等功率的棒式Nd：YAG激光器要廉價得多。在最近半年內，多臺幾千瓦級的光纖激光器正處于在歐洲工廠的第二測試版本的運行環境中。這些激光器在多班倒的工作強度下至今沒出任何問題，就其可靠性，達到相同的效果以往只能是用功率大得多的激光器。2千瓦的Beta測試版光纖激光器已經在實驗室里焊接1.2mm的汽車鍍鋅板達到5m/min的焊接速度。而其質量和性能堪比使用4千瓦的燈泵浦Nd：YAG激光器。末端光纖直徑為300微米的2千瓦光纖激光器能以10m/min的速度切割4mm厚的帶鍍層板，且無毛刺。最大的切割速度可達16m/min.
再來看看7000瓦的光纖激光器與弧焊工藝相結合的情況，在Fronius（福尼斯）-Wels總部研發部的LaserHybrid激光復合焊實驗室里已能焊接8mm厚的低合金和高合金鋼板。
3 4000瓦燈泵浦固體激光器的工件焊接研究：
由于目前Nd：YAG激光器的輸出功率已超過4000瓦，再加上其操作簡單，如何將其技術工藝簡單的應用到生產實際中被提上研究課題。我們先來看看所有目前已被使用的CO2 和/或Nd：YAG激光器的應用和研究。不利的是需對等離子體進行保護，這是由于僅為10.6μm的波長而且精細的激光束需通過結構無彈性的光學鏡系統進行傳導，這些都使得CO 2 激光器在生產實際中不能涉足移動應用領域。但這種機器人或移動應用概念的實現對于Nd：YAG激光器來說顯得輕而易舉。在過去的十年中這種類型的固態激光器在工業的重要領域上獲利頗豐。由于它的波長只有1.06μm，激光束能被柔性的光纖所傳導，即便是長達70米傳導距離，這些都使得應用機器人在三維空間里的自由的焊接工作成為可能。沒有了需對等離子體保護的影響，于是在氣體保護焊工藝中就能使用最恰當的保護氣優化電弧穩定性，熔滴過渡，無飛濺金屬熔接以及對熱影響區的保護。多工位激光系統只需用一個激光源供給能量。這樣優化了激光源由于啟動運行本身所需的成本。大功率的Nd：YAG激光器的激光源在市場推出的時間較短，所以其價格（?/kW）相應比CO2 激光源要高。但是其輸出功率較高，能高達6000瓦。在日本已完成了對10 000瓦級的激光器的嘗試。不要忽視激光發射光的危害，即使是相隔數米的距離也會對未加保護的眼睛造成傷害。
歐盟的DockLaser計劃是通過研發用于船舶建造和維修的裝配作業區域的激光工藝技術和設備，達到提高生產力和生產質量，改善作業的靈活性和生產工作條件的目的。這些區域的共有特征是焊接工藝的效率低、熱輸入量大，從而導致焊接變形和對工件油漆表面及舾裝部件的損壞。該計劃詳細說明了船塢作業區的激光工藝的應用實例，需求和目標，來開發焊接/切割工藝和設備。操作安全和規范是整套設備工藝的著重點。接近于最終用戶那兒的檢測實際要求和生產原型，將幫助實際生產條件下的效益評估和適用性的實現。
摻鐿光纖激光器的效率是16~20%.摻鉺和摻銩光纖激光器的效率稍低，但仍比典型的YAG激光器高得多。獲得最好的波長選擇是其必然的應用。由于工業生產的需要，具有Nd：YAG激光器的性能并且對眼的安全比CO2 好的激光器將被生產出來。公司的單模CW系統能在脈沖周期短至10毫秒時，被調制到5000Hz.脈沖周期短至1納秒或在100納秒脈沖內脈沖能量不超過1毫焦耳的三種疊加脈沖激光器和功率從300瓦到10千瓦的多模CW激光器已面市。
光纖激光技術為工業用戶提供了諸多益處。不需冷卻器的光模質量因子為0.5M2的4千瓦光纖激光器比之傳統的11M2的氣體放電燈泵浦的Nd：YAG固體激光器自有著天淵之別。因為不需更換閃燈或半導體，它們在整個使用壽命里不需維護及維修。極高的用電效率大大的減少了使用成本。更好的激光束質量讓用戶可以享用比傳統激光器的大影響區和/或長的工作距離優越很多的直徑極小的光斑（1千瓦激光能被4英寸透鏡聚焦成50微米）。
光纖激光技術的成本呢？低于1000瓦輸出功率的光纖激光器比燈泵浦的YAG激光器低或與之差不多。但這時大于1000瓦的光纖激光器的購入成本較高。然而，當將所有的因素考慮進去—-占地面積，冷卻器，維護費用等等，光纖激光器比等功率的棒式Nd：YAG激光器要廉價得多。在最近半年內，多臺幾千瓦級的光纖激光器正處于在歐洲工廠的第二測試版本的運行環境中。這些激光器在多班倒的工作強度下至今沒出任何問題，就其可靠性，達到相同的效果以往只能是用功率大得多的激光器。2千瓦的Beta測試版光纖激光器已經在實驗室里焊接1.2mm的汽車鍍鋅板達到5m/min的焊接速度。而其質量和性能堪比使用4千瓦的燈泵浦Nd：YAG激光器。末端光纖直徑為300微米的2千瓦光纖激光器能以10m/min的速度切割4mm厚的帶鍍層板，且無毛刺。最大的切割速度可達16m/min.
再來看看7000瓦的光纖激光器與弧焊工藝相結合的情況，在Fronius（福尼斯）-Wels總部研發部的LaserHybrid激光復合焊實驗室里已能焊接8mm厚的低合金和高合金鋼板。
3 4000瓦燈泵浦固體激光器的工件焊接研究：
由于目前Nd：YAG激光器的輸出功率已超過4000瓦，再加上其操作簡單，如何將其技術工藝簡單的應用到生產實際中被提上研究課題。我們先來看看所有目前已被使用的CO2 和/或Nd：YAG激光器的應用和研究。不利的是需對等離子體進行保護，這是由于僅為10.6μm的波長而且精細的激光束需通過結構無彈性的光學鏡系統進行傳導，這些都使得CO 2 激光器在生產實際中不能涉足移動應用領域。但這種機器人或移動應用概念的實現對于Nd：YAG激光器來說顯得輕而易舉。在過去的十年中這種類型的固態激光器在工業的重要領域上獲利頗豐。由于它的波長只有1.06μm，激光束能被柔性的光纖所傳導，即便是長達70米傳導距離，這些都使得應用機器人在三維空間里的自由的焊接工作成為可能。沒有了需對等離子體保護的影響，于是在氣體保護焊工藝中就能使用最恰當的保護氣優化電弧穩定性，熔滴過渡，無飛濺金屬熔接以及對熱影響區的保護。多工位激光系統只需用一個激光源供給能量。這樣優化了激光源由于啟動運行本身所需的成本。大功率的Nd：YAG激光器的激光源在市場推出的時間較短，所以其價格（?/kW）相應比CO2 激光源要高。但是其輸出功率較高，能高達6000瓦。在日本已完成了對10 000瓦級的激光器的嘗試。不要忽視激光發射光的危害，即使是相隔數米的距離也會對未加保護的眼睛造成傷害。
歐盟的DockLaser計劃是通過研發用于船舶建造和維修的裝配作業區域的激光工藝技術和設備，達到提高生產力和生產質量，改善作業的靈活性和生產工作條件的目的。這些區域的共有特征是焊接工藝的效率低、熱輸入量大，從而導致焊接變形和對工件油漆表面及舾裝部件的損壞。該計劃詳細說明了船塢作業區的激光工藝的應用實例，需求和目標，來開發焊接/切割工藝和設備。操作安全和規范是整套設備工藝的著重點。接近于最終用戶那兒的檢測實際要求和生產原型，將幫助實際生產條件下的效益評估和適用性的實現。
