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激光熔覆设备暨光纤输出半导体激光的优势

2015-11-05 05:30
论恒
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  激光熔覆包括两部分:一,针对各种磨损,腐蚀,铬痕,划痕,拉伤等金属缺陷的再制造修复;二,对需要提高硬度,耐磨度,防腐,耐高温,无磁等要求的配件进行表面改性。

  购买激光熔覆设备的客户都需要购买一台能同时完成上述两种功能的设备。激光熔覆过程中的主要技术参数有三个:较高的表面功率密度,以便能将各种熔覆材料(包括含陶瓷、碳化钨等难熔材料)与基体形成熔池达到冶金结合;大光斑快速熔覆,满足各种大件,大面积缺陷修复或表面改性熔覆的要求;小光斑熔覆,满足各种高精密配件,薄壁配件,易受热变形配件的熔覆要求。目前应用在激光熔覆市场的设备有三种,即二氧化碳激光,半导体激光,YAG激光。

  二氧化碳激光因其波长10.64μm,是半导体激光、YAG激光波长的10倍,相同输出功率的设备,二氧化碳激光在熔覆时的表面功率密度是半导体激光和YAG激光的三分之一,而热影响区是半导体激光和YAG激光的三倍。为增加表面功率密度必须增加设备的输出功率,因此市场应用在熔覆市场的二氧化碳激光输出功率都很大。一方面增加了设备的采购成本,另一方面,二氧化碳激光设备体积庞大,不适于现场修复和与各种熔覆工装配合使用。二氧化碳激光运行成本,维修成本高,更换易损配件频率高且价格昂贵。特别是二氧化碳激光热影响区极高,被熔覆配件受热变形率高,需要在熔覆过程中、熔覆后对熔覆配件进行复杂的保温处理。所以,二氧化碳激光不是激光金属熔覆工艺的最佳选择。

  YAG激光是脉冲输出方式,熔覆时被熔覆基体热影响极低,可以修复薄壁件、小件、高精度极易变形配件。YAG激光结构简单,易于修复,配件价格低,是修复行业初期创业者,熔覆量不是很大单位的首选设备。YAG激光的缺点是电光转换率低,只有5%,因发光原理的限制不能生产1000W以上大功率激光设备,所以,YAG激光输出功率小,熔覆效率低,不适于进行大配件,大面积熔覆。目前市场上应用的直接输出半导体激光,输出功率在2000W-6000W之间,半导体激光体积小,重量轻,电光转换了达到50%,输出激光波长808nm,976nm,1064nm等,解决了二氧化碳激光体积大、笨重、输出激光波长长等缺点。解决了YAG激光不能生产大功率输出激光的难题。但直接输出半导体激光有两个致命弱点:一是因为直接输出半导体激光的光束整形困难,难于将激光输出光斑整形到很小,所以直接输出半导体激光不能进行薄壁件、小件、高精度易变形件的熔覆;二是直接输出半导体激光激光器直接面对被熔覆基体,基体的熔池热辐射对激光器发光bar条损伤极大,虽然国内某些公司声称能用光返技术解决熔池对激光器的热辐射问题,但经过市场检验,防返技术并不成熟,出现大规模的退设备现象。国际上最好的激光器是光纤半导体激光,但价格昂贵,光纤半导体激光的高质量光束,对熔覆工艺是一种浪费。因为,熔覆工艺不需要1mm米以下的极小光斑。光线半导体激光易损件昂贵,售后时间长,不能满足熔覆工艺的连续性。因为,维修的特点是大部分被修复配件都是企业停产等待修复,因激光设备耽搁配件修复周期,会给停产企业造成巨大损失。

  能完好解决二氧化碳激光、YAG激光、直接输出半导体激光存在的各种熔覆功能不足的方法就是选用光纤输出半导体激光器。光纤输出半导体激光器的优势:一,半导体激光光束经光纤传导输出,能完成小光斑聚焦输出,进而完成薄壁件,小件,高精度易变形配件的熔覆;二,半导体激光光束经光纤传到输出,光斑功率密度分布均匀,激光熔覆熔池无夹渣,喷溅低,熔覆层细腻,无气眼;三,光纤输出半导体激光光纤传播距离长,光纤头体积小,重量轻易与各种熔覆工装、机械手配合使用;四,半导体激光经光纤传导输出,解决了直接输出半导体激光熔池光辐射对激光器造成损害的难题;五,光纤输出半导体激光体积小,重量轻,操作简单,免维护,价格与直接输出半导体激光价格相当。目前,能提供光纤输出半导体激光器的有德国DILAS,国内有河北瑞驰激光。

 

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