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浅谈单模组高功率光纤激光器在金属钣金加工的优势

导读: 随着光纤激光器和光纤激光切割机价格的不断下降和性能的不断提升,光纤激光器已经基本成为金属钣金切割的首要选择。

随着光纤激光器和光纤激光切割机价格的不断下降和性能的不断提升,光纤激光器已经基本成为金属钣金切割的首要选择。当前用于金属钣金加工的光纤激光器大致可以分为两类:

中功率光纤激光器,平均功率1200瓦以内。绝大多数中功率光纤激光器产品是单模组光纤激光器,输出的QBH光缆纤芯在15-50微米之间。

高功率光纤激光器,平均功率在1200瓦以上,某些厂商甚至推出12000瓦的高功率光纤激光器。由于单模组输出功率的限制,绝大多数高功率光纤激光器产品是多模组光纤激光器,由多个单模组光纤激光器耦合到一个高功率激光合束器到QBH输出端。输出的QBH光缆纤芯一般在50-200微米之间。

这种划分一方面是激光器厂商技术水平发展的成熟程度(当前绝大部分激光器厂商只能提供最高1200瓦的单模组激光器),另一方面也是因为一个长期以来的应用误区:单模组光纤激光器因为由于光斑质量太好(高斯或者近高斯光斑模态),厚板切割能力弱!这个应用误区源自二氧化碳激光器金属钣金切割的常识,但是随着光纤激光器和相关应用工艺的发展,单模组激光器不仅能够在薄板加工是大大优于多模组光纤激光器,而且在厚板切割等应用上也媲美多模组光纤激光器。

以1500瓦光纤激光器为例,单模组1500瓦光纤激光器可以选配20微米或者50微米纤芯的QBH光缆,而多模组光纤激光器只能选配50微米或者100微米纤芯的QBH光缆。

表一:多种QBH输出纤芯和焦点能量密度比较

从表一的比较可以看得到,因为可以选配更小纤芯的QBH光缆并且输出光斑的BPP更小,同样功率的单模组光纤激光器能够提供更高的能量密度,所以在薄板加工单模组激光器优势明显(更快的速度和更深的焊接溶深)。

表二是几款光纤激光器切割性能的比较:单模组1500瓦光纤激光器配50umQBH;多模组1500瓦光纤激光器配50umQBH光缆;多模组2000瓦光纤激光器配50umQBH光缆。

表二:多种光纤激光器切割性能比较

表二的比较很清晰的显示6毫米以内的薄板切割,单模组1500瓦光纤激光器大大优于多模组1500瓦光纤激光器,接近甚至超越2000瓦多模组光纤激光器的性能。6毫米以上的厚板,单模组1500瓦也优于多模组1500瓦光纤激光器,比2000瓦多模组光纤激光器稍差。

图一是1500瓦光纤激光器切割16毫米碳钢的端面图。我们会在系列文章的写一篇介绍任何进一步优化单模组激光器和匹配的切割头从而在10毫米以上的厚板加工取得媲美甚至超越多模组光纤激光器的性能。

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