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    “零錐度”切割,萬瓦激光交付新標準
    材料來源:光惠激光          

    2021年激光器行業呈現出了萬瓦激光器加速普及的趨勢,萬瓦激光快速以替代者身份打入厚板切割市場,光惠激光(GW)亦是此場萬瓦激光器普及的深度推動者。近日,光惠激光協同立為激光前往徐州睢寧縣徐工集團的配套廠商—江蘇新優機械公司,實地探訪激光萬瓦切割加工廠的使用情況。該公司擁有最新的制造加工廠房,主要面向建筑工程、軌道交通、農業機械、零部件加工等行業客戶,提供包括道路機動車輛、精密板材件、金屬結構零部件和汽車制造等加工和服務。

    光惠認為,千瓦到萬瓦不僅僅是激光器功率的提升或模塊的堆疊,更重要的是光束能量做到了一個新的階段,必將帶來終端應用工藝和產品格局的變革,主要表現在:加工速度的大幅提升、加工質量的大幅提升,歸納起來就是加工效率的革命性變化。在客戶現場,不可思議的一幕發生了——用光惠激光產品切割出的工件雙邊錐度僅有13絲,接近“零錐度”!下游市場的破局方向就是利用萬瓦激光替代傳統等離子加工,進一步打開萬瓦激光在厚板切割領域的應用市場,“零錐度”就是替代指標之一。目前國產萬瓦激光的相關技術指標已經全面看齊國外知名企業,在國內市場高端領域開啟進口替代走出了關鍵的一大步,光惠激光的5M系列萬瓦976nm激光器出貨量位列行業前茅。

    擁有多項“傳統藝能”的5M系列萬瓦多模激光器是怎么技壓“群芳”、獲得終端客戶青睞的?其實,中厚板切割難點也比較多,除了激光器穩定性、解決切割效率外,切割質量的指標就有好幾項,一般滿足市場需求的有這么幾項:切縫寬度、切面光潔度、切面錐度、熱影響區、留邊與共邊等,其中切面“零錐度”是萬瓦激光器交付追求的新標準。GW暢銷的5M-12Kw~20Kw激光器不僅保證了切割后的各項質量指標、切面光潔度高,還能實現切割“零錐度”,這樣高質量的切割工藝,GW是怎么做到的呢?

    雙方探討激光切割工藝

    一、什么是切面錐度?

    “錐度”是指切面的傾斜度,零錐度就要保證切面垂直、平整無傾斜,我們用公式|L1-L2|(即切面和其平行面間的上下兩邊長度差的絕對值)來計算切面的錐度(用絲作為單位尺寸,1絲=0.01mm);對切面錐度的影響有很多方面的因素,比如切割方向和速度、焦點位置和焦距、噴嘴特性、工件是否放置平整等,當然要追求這個切割質量指標,前提條件是采用高功率萬瓦激光切割技術。

    在高功率萬瓦激光應用普及之前,加工碳鋼中厚板通常用火焰切割、等離子切割、高壓水切割等傳統工藝,萬瓦激光器問世后,逐步增加了切割各種厚板材的可能性,切割厚度從以前的25mm逐漸突破30mm、40mm、50mm,甚至更厚。隨著激光技術不斷成熟,切割速度更快、加工精度更高、切割效果更好的激光切割設備逐步開始贏得市場認可,最初激光切割碳鋼中厚板采用的是大噴嘴氧氣切割,這種工藝切割斷面為磨砂面,切割速度較慢,所切工件錐度也較大。

    光惠激光器與其他友商激光器切割效果對比圖

    二、如何實現高亮度、“零錐度”切割?

    調整設備參數:①小噴嘴:小口徑合適的噴嘴,1.0mm~2.0mm之間;②高功率:功率越高,能夠切割的碳鋼亮面極限厚度越大,效率也會明顯提升;③控制氣壓:大部分在0.6~1.2Bar之間。傳統低功率大噴嘴切割工藝雙邊錐度為0.4mm~1mm,萬瓦高功率小噴嘴切割雙邊錐度<0.2mm。

    匹配功率合適的激光器:光惠激光5M系列萬瓦級多模組12KW和20KW高功率光纖激光器,采用976nm泵浦技術,電光轉換效率大于42%,顯著降低用電成本;自主知識產權的HBF技術(高亮度平頂模輸出),具備卓越的厚板切割焊接性能。它的應用主要特點:一是實現垂直切割“零”錐度、二是技術兼容度高、轉換效率高、三是切割面平整、亮度高。

    光惠激光5M系列12KW光纖激光器

    正在工作的GW 5M系列20KW光纖激光器

    在終端客戶現場,我們分別看到了光惠激光5M-12KW和20KW激光器的切割效果,與運用其他友商的激光器切割出來的工件比較,它的切面垂直度(接近零錐度)和平整度優勢很明顯;從切割效果來看,光惠萬瓦激光器進行切割工作時,可有效改善切割錐度,我們僅以光惠5M-20KW光纖激光器切割30mm厚度碳鋼舉例,光惠激光器產品對比友商產品切面雙邊錐度如下:

    三、實現“零錐度”的殺手锏:

    高亮平頂(HBF)技術

    高亮度平頂模分布(HBF)技術,其全稱為High-Brightness Flat-top,激光器發出的光斑內能量是呈高斯型分布的。什么是高斯型:光的分布為一個圓斑,中心處能量最強,向邊緣方向能量逐漸減弱,就像刀具刃口的鋒利程度。如圖所示:

    高斯光束和平頂光束能量分布圖

    實際上,能夠有效利用的能量只有光斑大小,高斯光束能量的利用率是較低的,會產生過剩能量,光惠激光采用HBF技術,輸出的光束擁有平坦的能量分布,大大提高了能量利用率。針對切割厚金屬板材,獲得更光滑更亮的切割面,光滑的切面方便客戶后續加工,錐度能夠控制在雙邊0.2mm以下。

    結 語

    光惠合作伙伴立為激光銷售負責人王寧光表示:從去年到今年,面對戰戰兢兢的經濟大環境,機械加工制造行業仍穩定發展,萬瓦市場出現風口,這些行業正是超高功率激光設備可以進入且必須進入的重要市場;去年乃至今年絕大多數的萬瓦都堆積在鈑金加工群體,還是困頓于中厚板材加工行業,但是可見的市場豐富需求驅動萬瓦激光器向礦山機械、船舶制造、壓力容器等行業拓展,進一步打開萬瓦激光在厚板切割市場的應用,“零錐度”有個最直接的好處就是激光切割厚板一步到位順便替代銑床作用。

    光惠激光通過較強的技術積累、豐富的萬瓦激光器產品線,全局考慮應用條件,有幸乘著萬瓦快速普及的東風,在前兩年積累的客戶基礎上,進一步提升萬瓦激光器的產品性能和可靠性,重新定義“零錐度”交付新標準,進一步為制造業升級賦能。

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