生活离不开工业,工业离不开激光焊接

2019-05-27 09:27:57 金晓

哪种工业工艺更好,光纤激光器还是CO2激光器?

这两种激光器有哪些优点和缺点?

光纤激光器可以取代CO2激光器吗?

澄清这个看似简单的问题可能并不容易。

由光纤激光器(以下称为光纤激光器)产生的激光波长为1.06μm,由CO2激光器(以下称为CO2激光器)产生的激光波长为10.6μm,这是红外光和可以被材料吸收并应用于工业材料加工。

切割头切割技术是目前使用最广泛的激光头工业加工技术。为方便起见,除非另有说明,否则本文的讨论基于激光切割头切割。

两种激光器的优缺点

作为用户,首先必须了解光纤激光器和CO2激光器的死点。

所谓的死孔是切割的盲区。避免死角后,选择适合您需求的死角。


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光纤激光器的死孔

光纤激光器不能切割非金属,包括木材,塑料,皮革,棉和亚麻织物。如果要加工的工件材料是非金属的,则只能拒绝光纤激光器,而不能拒绝CO2激光器。

汽车内饰主要由非金属材料制成。高精度机器人CO2激光加工系统用于切割其空间曲面。这种处理系统需要解决机器人各关节之间激光束传输的问题。

光纤激光器不能切割表面有涂层的材料,如普通涂层不锈钢,防锈涂层专用钢板等。有些用户对此并不够重视并选择了光纤激光器,因此不得不切割不锈钢和用普通薄膜涂上它。如果要使用特殊的光纤激光涂层,成本会增加。

CO2激光器的死孔

CO2激光不能切割铜,包括黄铜和红铜。如果要切割铜,只有光纤激光器是合格的。

对于CO2激光,铜是一种高反射材料,激光几乎全反射但不被吸收。反射光返回激光器,造成损坏。

CO2激光对铝合金的反射率也很高。安装背反射隔离器可有效保护CO2激光器,从而安全地切割铝合金。

我们将让两台激光器在运营成本,切割速度,穿孔效率和截面质量方面展开竞争。


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运营成本

这里,为了方便地比较两个激光器之间的成本差异,仅计算功率,消耗品和介质气体的成本。这三个部分的成本是不同的。人工,折旧,工地,切割气体和其他两种激光器的成本相同,因此不计算。

两种类型的激光器都需要大量功率,但在以下方面有所不同:

另外,由于效率不同,两个激光器产生的热量不同,水冷却器所需的规格(冷却能力)也不同。光纤激光器所需的水冷却器的功耗为13kW,CO2激光器所需的水冷却器的功耗为18kW。根据电价1元/度和70%负荷率,成本分别为9元/小时和12.8元/小时。


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在日常使用过程中,使用光纤激光器(以下称为光纤切割机)的切割机需要消耗诸如聚焦镜,陶瓷体,喷嘴,保护镜等材料,并且成本约为3元/小时。

另外,根据过去4年的统计,激光模块和扩束器有其使用寿命,因此产生的成本分别约为4元/小时和1元/小时(具体来说,ROFIN纤维的最小单位)激光)和半导体模块需要更换,成本约为1元/小时。

使用CO2激光器的切割机(以下称为CO2切割机)需要消耗诸如聚焦镜,陶瓷体,喷嘴,镜子等材料,并且它们的成本约为每小时2.5元。

光纤激光器不需要介电气体; CO2激光器需要中等气体来产生激光,成本约为1元/小时。

此外,CO2激光器每3000小时进行一次例行检查,每6000小时进行一次深入检查,结果约为2元/小时的成本。

典型的光纤激光应用系统

综上所述,光纤激光器的使用成本约为24元/小时,而CO2激光器的使用成本约为38.3元/小时,相差14.3元/小时。根据每天使用10小时,每日费用差为143元。

使用这两种激光器的成本差异在市场上有些夸大。

顺便提及,光纤激光器的传输介质是光纤,并且光束被封闭在光纤中并“以曲线行进”并且不受外部环境的影响。 CO2激光传输介质是空气并沿直线传播。反射器改变其传输方向,很容易受到外部环境的影响。可能需要保持这些反射器以略微增加使用成本。

焊接头ND60

切割速度快

切割速度,穿孔效率和截面质量构成激光切割效率,这是评估激光(机器)的综合指标。

光纤激光器在切割薄板方面具有优势,特别是厚度小于3毫米的薄板。与CO2激光器相比,最大切割速度比可以达到4:1。6mm是两种激光器交换优势的临界厚度。

穿孔效率

在切割工件之前,激光束必须穿透工件。光纤激光器的穿孔时间明显长于CO2。

以3kW光纤激光器和CO2激光器为例。对于厚度为8mm的碳钢,后者比前者小1秒。在10毫米,后者不到2秒;随着厚度的增加,CO2激光在穿孔方面具有越来越明显的优势。

根据每天2000次和每次穿孔3秒的时间差,每日穿孔时间差为6000秒,约为1.7小时。

由于其高穿孔效率,CO2激光器可以将机器的使用时间缩短1.7小时。即使使用更保守的数据,包括人工(30元/小时),设备折旧(25元/小时)和现场(2元/小时),节省的成本是(CO2激光):1.7倍(30 + 25 + 2 + 38.3)= 162(元)

截面质量通常指粗糙度(平滑度)和垂直度

当切割厚度小于3mm的钢板时,光纤激光切割的横截面质量(粗糙度和垂直度)略低于CO2的横截面质量。随着厚度的增加,横截面质量的差异变得越来越明显。

对于厚度≥3mm的不锈钢,用光纤激光切割的部分是磨砂的,而CO2是明亮的。

对于厚度为16mm的碳钢,光纤激光切割部分的垂直度远低于CO2的垂直度,前者为0.4~0.5mm,后者可达0.1mm。

另外,碳钢板对光纤激光能量的吸收率高,这在切割小孔(孔径≤板厚)和切割质量差时是一个缺点。

顺便提一下,激光切割的精度与使用哪种激光头无关,而与机器定位精度,重复定位精度和狭缝宽度的一致性无关。光纤激光切割狭缝狭窄,CO2切口稍宽。然而,狭缝的宽度不会影响部件的精度,因为狭缝宽度可以通过狭缝补偿功能来抵消。


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哪个更好,光纤激光器或CO2激光器

有了上述数据,就不难得出合理的结论并做出合理的选择。

一般来说,我们不能说光纤激光器是好的,也不能说二氧化碳激光器是好的。分析和判断应根据具体应用进行。

我们可以看到,当面对特定的应用要求时,光纤激光器和CO2激光器各有利弊。目前和未来,光纤激光器和CO2激光器不能相互替代,但只能相互共存和相互补充。径向极化CO2激光器的技术进步值得注意,可以减少切割薄板时光纤激光器之间的间隙。



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