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市场上常见的激光熔覆设备有哪些区别-激光无序毛化

发布:opticsOJ阅读:1867时间:2017-11-18 17:36:08

激光熔覆设备市场(shì chǎng)有三种,即二氧化碳(CO2)激光,半导体(semiconductor)激光,YAG激光。

二氧化碳(CO2)激光熔覆设备因其波长10.64μm,是半导体激光、YAG激光波长的10倍,相同输出功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)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(shì chǎng)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(frequency)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(chǔ lǐ)。所以,二氧化碳激光不是激光金属熔覆工艺的最佳选择。

YAG激光熔覆设备(shèbèi)是脉冲输出方式方法,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激光的不好的地方是电光转换率低,只有5%,因发光原理的限制不能生产1000W以上大功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)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(semiconductor)激光熔覆设备(shèbèi),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(CO2)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(Company)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(semiconductor)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,维护修理的特点是大部分被修复配件都是公司停产等待修复,因激光设备(shèbèi)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(CO2)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(semiconductor)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(指物体在单位时间内所做的功的多少)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。

激光熔覆技术是一种具有高新科技的表面改性与装备维护修理技术,可以显著改善金属表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能。激光无序毛化是高能量、高重复频率的脉冲激光束在采用扩束偏振后通过聚焦入射到轧辊表面形成微小熔池,同时由侧吹装置对微小熔池施于设定的压力、流量、方向的辅助气体,使熔池内的熔融物按指定要求尽量堆积到熔池边缘形成凸台和凹坑。具有熔覆层与基体呈冶炼金属结合且稀释率低、基体变形小、工艺易于实现自动化等特性。该技术主要应用于液压支架立柱、中缸、大型机械设备主轴等零件的耐磨耐蚀修复及表面强化处理。

公司研制的激光熔覆设备采用精密数控平台,搭载美国相干(Coherent)4kW高功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)半导体激光器。较其它激光熔覆设备具有明显的性能优势:1. 输出功率大,电光转换效率高(大于45%),熔覆效率高。本激光器是目前民用激光熔覆领域功率最高的。2. 矩形光斑,尺寸可调,单道熔覆宽度大,能量集中度好、利用率高。对工件热影响小,变形小,更适合加工精密零件。3. 激光器集成度高,体积小,易损件少,自动化程度高,易于操作控制和维护。

来源:武汉武钢华工激光大型装备有限公司

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