光纖激光在焊接工業(yè)中的應用

發(fā)布時間：2012-08-01 | 來源：星鴻藝激光焊接運營部 | 分享：

光纖激光器常見問題解答

1. 我現(xiàn)在使用的是燈泵浦YAG激光器，改用光纖激光器會給我?guī)�來哪些好處�?/P>

· 光纖激光器的電光轉(zhuǎn)換效率高達28 %，而燈泵浦YAG激光只有1.5%～2%

· 不用更換燈管，因而更加省錢：光纖激光器中使用了壽命長達10萬小時的電信級單芯結(jié)半導體激光管 

· 所有功率級的光斑大小和形狀都是固定的

· 免維護或低維護

· 備件極少

· 風冷或基本不需要冷卻

· 體積相當小

· 工作距離更長

· 不需要調(diào)整

· 無需預熱，立即可用

2. 哪里能夠買到光纖激光器的光束傳送部件？
目前，所有第三方光束傳送部件制造商都可提供光纖激光器使用的光束傳送部件，IPG可為您提供制造商名單。

3.原有的YAG光束傳送部件是否還能使用？
基本可以，但是需要使用適配器對IPG光纖連接器進行轉(zhuǎn)換。有些情況下為了充分發(fā)揮光纖激光器的優(yōu)勢，需要提高焦距。

4. 這些激光器產(chǎn)品是否能夠集成在我現(xiàn)在的工作單元內(nèi)？
可以，光纖激光器配備了各種工業(yè)接口，能夠很容易地對接標準的工業(yè)控制裝置。

5. 有提供交鑰匙服務的系統(tǒng)集成商嗎？
有，有許多多年從事光纖激光器交鑰匙服務的系統(tǒng)集成商，IPG可提供交鑰匙服務集成商和OEM的名單。

6. 光纖激光器有質(zhì)保服務嗎？
在業(yè)內(nèi)，IPG提供的質(zhì)保期最長：光纖激光器的標準質(zhì)保期為購買后整2年時間，IPG最長可提供8年質(zhì)保期，詳情請與我們的銷售人員聯(lián)系。

7. 哪里能夠?qū)嶋H觀摩到光纖激光器產(chǎn)品？
IPG在許多地方設有應用開發(fā)設施，包括馬薩諸塞州牛津市、密歇根州的底特律市、德國的Burbach市、日本的橫濱市，目前我們正計劃在俄羅斯、中國和牛津總部建立增設新的應用開發(fā)設施。另外，我們還在北美、歐洲、亞洲的多所大學內(nèi)設有光纖激光器技術(shù)研究中心。

8. 你們的競爭對手說你們的光纖激光器存在后向反射的問題，是真的嗎？
說這些話的人并不熟悉光纖激光器技術(shù)，如果傳送光纖選擇合適的話，我們的數(shù)千瓦功率低模光纖激光器不會發(fā)射后向反射問題。單模激光都很少出現(xiàn)這種問題。但是，如果后向反射太高的話，設備一旦檢測到會自動關(guān)閉。使用隔離器也能消除該問題。IPG已經(jīng)有無數(shù)的設備應用在銅和鋁等高反光材料的切割和焊接領域。 

9. 為什么別的廠家反映它們的半導體陣列使用壽命較短？
激光陣列（又名整體激光半導體陣列）由多個并聯(lián)安裝于晶體材料發(fā)光體組成，由于發(fā)光體之間的連接區(qū)域熱密度大，熱干擾強，半導體陣列必須采用軟焊料（銦）安裝在銅材料上，并且采用水冷裝置，該裝置利用流過銅材料中的細微鍍金溝道（被稱為微溝道冷卻器）的高速、高壓水流實施主動式冷卻。但是，系統(tǒng)中的冷卻水必須保持極度清潔且PH值中性，原因是溝道由于受穴蝕和侵蝕的影響會在相當短的時間內(nèi)壞掉。而保持水質(zhì)標準是相當困難的，尤其在工業(yè)環(huán)境下。銅散熱材料和半導體陣列半導體屬于完全不同的材料，包括其熱膨脹系數(shù)。在實際工作狀態(tài)下，由于頻繁的開關(guān)操作，半導體陣列的性能下降非�？�，比制造商在確定設備特性時使用恒定驅(qū)動電流的狀態(tài)下要快得多。

導致半導體陣列發(fā)射故障的其它原因來自半導體陣列自身，半導體陣列的壽命通常由其“最弱”的發(fā)光體決定。為了提高半導體陣列性能和散熱能力，通常使用導熱性能好的銦作為軟焊料連接陣列與微溝道冷卻器。當驅(qū)動電流很大時，銦會發(fā)射電遷移現(xiàn)象，進而在瞬間發(fā)生故障。

許多半導體陣列制造商往往根據(jù)使用時間長短確定其使用壽命。而IPG的單管散熱材料與半導體芯片的熱膨脹系數(shù)相同，IPG使用的電信級硬焊料不存在電遷移問題，根據(jù)光纖激光器的大小，IPG激光器或者采用高速風扇進行風冷，或者在散熱裝置下方采用不銹鋼管路進行水冷，二極管不會與冷卻水發(fā)生接觸。半導體光纖通過光纖直接送至激活介質(zhì)實現(xiàn)接續(xù)，從而避免了空氣與激光介質(zhì)接觸而造成污染。單管的壽命與其工作電流之間存在直接關(guān)系，所有工業(yè)IPG光纖激光器半導體的設計電流使其使用壽命（平均無故障工作時間）能夠達到10萬小時以上。IPG Photonics半導體光源的壽命并非單獨確定，而是與光纖激光器或放大器的整個質(zhì)保期相同。

10. 為什么你們對自己的二極管使用壽命有如此的信心？
在裝入激光器或放大器之前，IPG 光子首先對半導體光源進行100%的測試，測試的時間一般超過1500小時，其溫度和電流等測試條件是相當嚴格。只有通過測試的管子才能在設備中使用。無論10kW材料加工光纖激光器中使用的單管還是電信行業(yè)使用的寬帶光纖放大器使用的激光管，都要經(jīng)過類似的測試流程。IPG是當今世界上半導體測試項目最多的單管制造商， 已經(jīng)應用于實際生產(chǎn)中的650多臺數(shù)千瓦光纖激光器（其中許多已達5年之久）充分證明了這一點。. 

11. 為什么IPG采取全縱向集成的生產(chǎn)戰(zhàn)略？
主要原因有三:

· 第一，IPG所用的許多部件在市面上無法買到，或者無法滿足高功率光纖激光器嚴格的使用要求。

· 第二，這樣做有利于IPG進一步優(yōu)化部件系統(tǒng)，更快地響應客戶需求，縮短產(chǎn)品推向市場的時間。 

· 第三，有利于IPG嚴格控制成本，從而使客戶實現(xiàn)效益最大化。 

12. 如何確定光斑大小？ 
方法非常簡單，對于光纖激光器而言，這是一個光纖輸出在工件上成像的過程。光斑大小等于光纖直徑乘以準直器的放大率和最終聚焦透鏡直徑。例如，如果光纖直徑等于50μm，準直器的焦距等于 60 ，最終聚焦透鏡 的焦距等于300mm，則最終光斑尺寸等于SS= 50x 300/60= 250微米。光纖直徑、準直器、最終聚焦透鏡可根據(jù)光斑大小要求進行調(diào)整。光斑大小不隨額定功率的5% ～ 105%動態(tài)范圍發(fā)生變化，對于單模激光器，在使用低階模激光遮蔽裝置時，光斑大小為高斯光束光斑。

13. 同一臺光纖激光器能夠同時進行切割和焊接嗎？
同一臺激光器能夠進行切割、焊接、鉆孔和熔覆。許多客戶購買了采用2路、4路或6路光閘的光纖激光器，例如，當光閘在其中一個位置時采用100μm光纖用于切割，200μm用于焊接，400μm或400μm以上用于熔覆或熱處理。設備功率和傳送光纖的切換只需幾毫秒時間，傳送光纖可支持200米間隔的多個工位。

14. IPG最近為什么又推出了CO2激光器？ 
IPG最近推出了第一代CO2氣體激光器，輸出功率1 ～ 3 kW，光譜范圍10.6μm。這款新的IPG CO2激光器的專利權(quán)屬于IPG，與現(xiàn)在市面上傳統(tǒng)的CO2 激光器相比效率更高、體積更小，非常適合處理非金屬材料。 

雖然光纖激光器在金屬焊接、熔覆、燒結(jié)和釬焊等眾多領域內(nèi)正在逐步取代包括CO2激光器在內(nèi)的傳統(tǒng)激光器，但是像聚合物和有機材料等非金屬材料使用10.6μm光譜范圍的CO2氣體激光器處理效果會更好。另外，無數(shù)的客戶都表達了以更加現(xiàn)代的產(chǎn)品取代自己傳統(tǒng)CO2激光器的興趣。IPG希望隨著這款經(jīng)過改進的CO2激光器的推出能夠滿足這些客戶的需要。

15. 為什么光纖激光器比固態(tài)和氣體激光器效率更高？
答案很簡單――在設計上，光纖激光器產(chǎn)生的熱量更少，對所產(chǎn)生熱量的管理更為有效。摻鐿半導體泵浦光纖激光器（泵浦波長980 nm）比摻釹YAG二極管泵浦激光器（泵浦波長808 nm）的量子虧損（即泵浦能量和發(fā)生能量之差）低。另外，光纖激光器的光光轉(zhuǎn)換效率通常為70-80%，而泵浦YAG僅約為4%，半導體泵浦YAG和盤形激光器約為40%。由于激光始終被包含在光纖內(nèi)，因而激光腔內(nèi)不會存在其它導致激光損失的因素。 

16. 如果我改用光纖激光器會節(jié)省多少成本？ 
用戶如果在生產(chǎn)中采用光纖激光器會節(jié)約相當大的成本，具體節(jié)約多少取決于用戶的當前工藝、材料、生產(chǎn)環(huán)境、電氣和勞動力成本。節(jié)約主要體現(xiàn)在以下方面:

a. 電光轉(zhuǎn)換效率更高：現(xiàn)有傳統(tǒng)激光器技術(shù)的效率與光纖激光器是無法相比的。

b. 冷卻: 由于光纖激光器的效率高，因而對冷卻的要求就低，用電就少。小功率光纖激光器只需要空氣冷卻即可，高功率光纖激光器采用水冷，與其它同等的激光器技術(shù)相比更加簡單，成本更低。冷卻還取決于生產(chǎn)環(huán)境的特殊性。

c. 消耗品/備用件: 由于光纖激光器采用了更加高效的設計（熱量管理效率更高）和采用了電信級單芯結(jié)泵浦源，因而為您節(jié)省了備用件（例如燈和半導體陣列）、勞動力和停產(chǎn)時間。許多YAG中使用的燈和半導體陣列的使用壽命分別約為2000小時和20000小時，僅相當于IPG單芯結(jié)10萬小時平均無故障工作時間的幾分之一，這意味著在激光器的使用壽命內(nèi)，您不必更換模塊。如果您使用全固態(tài)光纖轉(zhuǎn)光纖激光器的話，會節(jié)省更多，因而不需要像傳統(tǒng)的激光器那樣進行光學裝置調(diào)整或維護，如共振腔鏡、晶體、液體、濾光片。

d. 維護: 光纖激光器不需要維護或者僅需少量維護，具體取決于輸出功率及其它因素，而傳統(tǒng)激光器則不然。不需要調(diào)整光學裝置，沒有預熱時間和消耗品/備用件。從而為您節(jié)省一大筆維護費用。 

e. 資本成本: 一臺光纖激光器可同時完成切割、焊接、鉆孔等多種操作，使您不必針對不同的操作單獨購置不同的激光系統(tǒng)，從而降低您的投資成本。

17. IPG有多大？

· IPG在2007年末時是世界第四大激光光源生產(chǎn)商（按照總銷售額計算）。 

· 由于眾多行業(yè)和應用越來越認可IPG全固態(tài)光纖激光器產(chǎn)品，因而在2007年，IPG的銷售額增長了32%，從2006年的1.43億美元增至1.89億美元。 

· IPG在美國、德國、意大利、俄羅斯總的生產(chǎn)面積超過40萬平方英尺。

· IPG在美國、德國、英國、意大利、俄羅斯、日本、中國、韓國、印度設有銷售和服務中心。聯(lián)系我們

· IPG共有1300多名員工。

· IPG已在納斯達克全球市場上市，上市名稱為“IPGP”。

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