万瓦三问,锐科激光一次解答!

时间:2022-07-18 09:42来源:锐科激光作者:wuping 点击:
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摘要:

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据中国激光产业发展报告显示,在国内光纤激光器市场中,随着国产光纤激光器功率和性能逐步提高,在出货数量方面,国产常规中低功率段光纤激光器整体出货量已超过国外同功率段产品,真正实现了进口替代。 国产常规10 kW以上超高功率段光纤激光器整体出货量已接近国外同功率段产品。这表明国产光纤激光器随着自主研发实力的不断增强正逐步被国内市场接受。同时随着工业市场对激光器产品的加工要求越来越高,高功率万瓦激光器的需求量逐年提升已成为大势所趋,而面对国内市场品类繁多的万瓦激光器,如何挑选适合自己的设备,客户存在很多困惑。

2018-2021E年我国光纤激光器出货情况(单位:台)

一、

关于光纤激光器选择的

几点常见困惑

困惑1:功率越高,加工效率就越高吗?

近些年,高功率在激光加工行业的确越来越受欢迎。以锐科激光为例,去年万瓦以上激光器产品销售已超过2380台(历史累计达3200台),较2020年增长达到243%,数量更是远超国内其他友商;从功率来看,锐科激光的连续光纤激光器产品已达100 kW之高,开创了国内先河。

那么是不是功率越高,就代表激光器产品加工效率越高? 实际并非如此,这取决于激光器的核心器件(有源光纤、泵浦源、高功率合束器等)的配置和客户实际加工板材的类型及厚度。首先,激光器的核心器件配置一定程度地影响激光器的加工效率,更先进的核心器件及其匹配性可以实现加工效率高于同功率其他品牌的激光器。其次,要根据客户加工板材的种类及厚度去进行衡量,同时在不同的应用中如焊接、熔覆等,决定其加工效率的因素更多。因此,单一只看功率则无法进行加工效率的对比。

那么,我们来看一下锐科激光12 kW、20 kW、30 kW切割不同厚度的碳钢的工艺效果的对比情况。

多模组30 kW、多模组20 kW及多模组12 kW切割碳钢进行工艺实测(表格中未标注辅助气体的为空气)

从表中可以看出,30 kW辅助空气切割10 mm厚度的碳钢相较20 kW效率提升了25%,效率相较虽有提升,但优势并不非常明显,而在切割25 mm厚度的碳钢优势明显,30 kW的效率相较20 kW (辅助氧气)提升114.3%。

产品应用案例

因此,从实际应用来看,客户要依据自身加工板材的类型及厚度选择最适合自己的高功率产品。若客户加工板材多以薄板为主,则可选配万瓦级别中能够最大程度满足自身所需加工效率的产品,若加工板材中厚板居多或加工量大,则可选配功率更高的万瓦级激光器产品。不少客户因为加工量非常大,也会选择配置锐科激光30 kW激光器的设备,正是看重其可以兼顾对薄、中、厚板的切割速度、断面质量等综合需求,尤其是在空气切割中厚板方面优势明显,使得工厂的加工效率大幅提升,进而减少整体运营成本,更快获得收益回报。

困惑2:同一功率下,纤芯越小越好吗?

众所周知,高功率和高亮度是当前激光技术突破的方向。 某些激光器厂商引导“小纤芯就代表高亮度”这个观点,让客户在选择上误以为纤芯越小就代表激光器更厉害。其实这是一个误区。

高亮度激光器和光束参数积BPP值紧密相关,BPP=ω₀*θʀ, ω₀是光束的束腰半径, θʀ是激光束的远场发散角。BPP值越低,光束质量就越好。亮度定义为单位面积、单位立体角内的功率,亮度Br=P/(π*BPP) ²。达到高亮度的前提条件有两项,一是提升激光器功率,二是提高光束质量,两者单一提升或共同提升都可以带来激光器亮度提升,功率提升办法固然较多,但光束质量提升不等同于采用更小芯径的光纤就能达到。 因为纤芯直径不能等同于束腰直径,缩小纤芯的同时必须要不增大光束远场发散角,才能降低BPP值,达到更好的光束质量。

BPP=ω₀*θʀ, ω₀束腰半径, θʀ远场发散角

在超高功率光纤激光器应用场景中,客户需求的是效益的提升,具体可以从两个方面实现:一是光纤激光器电光转换效率的提升,达到省电更省钱的目的;二是综合加工效益的提升,达到提效更挣钱的目的。激光加工是一个系统工程,只有做到机床、系统、气路、加工头、激光源、板材以及加工工艺多维匹配、相辅相成,才能真正提高系统的利用率,创造最优收益。 而锐科激光万瓦系列光纤激光器电光转化效率高达40%以上,且较大程度地对发散角进行优化,使之能够较好地匹配市场所有品牌不同光学配置的切割头及系统,从而更好地兼顾客户对薄、中、厚板的切割需求。

困惑3:同一功率下,单模组、多模组如何选择?

光纤激光器的模块组成分为单模组和多模组两种,在切割应用中,聚焦光斑对切割出的质量有很大影响,单模组万瓦激光器采用单纤放大达到万瓦级别,光束为近高斯分布,能量比较集中,一般采用模式转换方式实现光束匀化效果,其效果受器件一致性影响波动较大。多模组万瓦激光器一般采用多个2000~6000 W光模块合束而来,实现了多光束的叠加,天然的形成匀化效果,一致性较好。

单模组和多模组万瓦光纤激光器光束图对比

(上2为单模组,下2为多模组)

单模组万瓦激光器的优势在中薄板切割速度,以锐科单模组12000和多模组12000激光器进行对比,在20 mm以下不同厚度的不锈钢辅助氮气或空气切割条件下,单模组12000切割效率优于多模组12000光纤激光器。

单模组12000 W和多模组12000 W切割不锈钢工艺实测数据效果对比

多模组万瓦激光器在光束匀化效果上更好,使得厚板切割质量上优势更为明显。有的客户对加工断面的要求非常高,因此他们仍然会首选多模组光纤激光器。

总而言之,单模组和多模组并不能进行单纯的对比,它们都是光纤激光器的一项配置,就好比一辆车,轿车适合公路,越野适合山地,但是轿车也能跑山地,越野也能跑公路,所以光纤激光器到底选多模还是单模要看客户实际的加工需求。

12000 W单模组切割6 mm碳钢效果

12000 W多模组切割30 mm碳钢效果

此外,为了满足不同公司个性化应用需求,同种功率下锐科激光可提供更多选择。以12 kW为例,锐科激光生产制造单模组连续光纤激光器12000S、多模组连续光纤激光器12000TZ、12000TC等多种同功率的光纤激光器,而且同一类型的激光器还可定制匹配不同的纤芯,可最大程度地满足客户的需求。

二、

如何挑选合适的

万瓦激光器产品?

产品的选择需建立在市场应用需求上,对于广大用户企业来说,根据具体应用场景需求来选择性价比高的激光器才是王道。客户可以从 加工需求、成本需求和服务需求三个方面去综合衡量。

首先,在加工需求方面,不同用户对板材的切割厚度、速度、加工效率的需求不同。因此在选配激光器产品时,需结合日常工厂切割板材及厚度等实际加工需求量较多的情况进行考量。

其次,在最大化满足当前加工需求现状的情况下,产品的使用成本也是一大衡量因素。激光器的使用成本可以从产品的电光转化效率、停机成本、购买价格等因素多方面综合对比。

最后,激光器属于高单价的大宗商品,使用年限较长,抛开产品的性能参数(光束质量、电光转化效率、稳定性等)、板材切割需求等因素。用户还需重点考虑产品的质保和售后问题,而从这个角度看,优选激光器大品牌是一个较好的选择。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:wuping )
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