用最亮的激光器致敬祖國七十華誕

  1949年10月1日天安門(mén)城樓上毛主席以他特有的雄渾聲音宣告了共和國的誕生，到2019年，共和國即將迎來(lái)70華誕。

  這七十年，改天動(dòng)地，也驚天動(dòng)地。在接下來(lái)的歲月里，風(fēng)云激蕩的世界將看到中國在“高端制造”領(lǐng)域的不斷突破。高亮度光纖激光器是高端制造領(lǐng)域的核心技術(shù)；大科激光銳意創(chuàng )新，努力研發(fā)世界一流的光纖激光器產(chǎn)品。為了致敬祖國七十華誕，大科人利用自己的第一代核心優(yōu)勢產(chǎn)品——最亮的2000瓦單模光纖激光器，創(chuàng )作了激光工藝作品《奮進(jìn)“70”年》。

 圖1 奮進(jìn)“70”年

  作品以慶祝祖國70華誕為主題，用代表性的建筑——天安門(mén)城樓為主景，后排在紅旗簇擁之中的“70”字樣特別突出，代表祖國從1949~2019的70年奮進(jìn)歷程。作品以習總書(shū)記提出的“不忘初心，牢記使命”和“繼往開(kāi)來(lái)、勇往直前”主題教育字樣作為支撐，兩側有大科激光標識。作品以臺階的方式呈現，給人以鮮明的層次感，寓示著(zhù)祖國不斷向上發(fā)展，代表了大科人對祖國生日最誠摯的祝福。

  整個(gè)作品由紫銅、黃銅和6061鋁合金三種高反材料組成，運用了激光切割、激光焊接和激光打標三大工藝。銅、鋁及其合金等高導熱系數、高電導率材料的激光加工工藝一直是激光加工領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸，這些材料具有在固態(tài)下對激光的吸收率特別低、但熔化后其吸收率會(huì )大大增加的特性。要對這些高反射材料實(shí)施激光加工，相應的激光器應該具備以下兩個(gè)特性：（1）優(yōu)秀的抗高反能力；（2）出色的光束質(zhì)量。大科第一代核心優(yōu)勢產(chǎn)品2kW單?？垢叻催B續光纖激光器DK-YSM2000AR，光束質(zhì)量因子M2小于1.2，接近衍射極限，采用多重措施處理工件的反射光，在高反材料的切割、焊接方面具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢。

圖2  DK-YSM 2000AR

  由于紫銅具有良好的導熱性，在切割過(guò)程中材料的邊緣會(huì )產(chǎn)生嚴重的熱影響區。為了減少切割的熱影響痕跡，通常會(huì )采用空氣進(jìn)行切割，但其切割效率低且切割斷面粗糙。為了解決紫銅的切割質(zhì)量和效率問(wèn)題大科激光改用氧氣切割，不僅切割效率提升了200%，而且切割斷面光滑；同時(shí)，通過(guò)改變激光器的出光模式，可以明顯的減少切割邊緣的熱影響區。目前，大科激光2kW抗高反型單模單諧振腔光纖激光器可以實(shí)現不銹鋼、鋁合金、黃銅的最大切割厚度為10mm，紫銅的最大切割厚度為6 mm，也是唯一能實(shí)現4mm紫銅連續長(cháng)時(shí)間無(wú)報警高質(zhì)量切割，切割邊緣無(wú)明顯熱影響痕跡的激光器。DK-YSM2000AR單?？垢叻催B續光纖激光器可兼顧薄板的高速切割與中厚板的亮面切割，實(shí)測薄板切割能力明顯優(yōu)于3000W多模產(chǎn)品，并可實(shí)現長(cháng)時(shí)間無(wú)誤警連續切割高反射金屬材料。

圖3  10mm黃銅連續切割

圖4  6mm紫銅連續切割

圖5  4mm紫銅連續切割

圖6  反射率與波長(cháng)的關(guān)系圖

圖7  2mm紫銅拼焊效果圖

  黃銅由于鋅含量高，激光焊接時(shí)鋅元素的蒸發(fā)燒損，易造成氣孔、焊縫凹陷及焊縫焊接過(guò)程不穩定等缺陷（如圖8）。

圖8  黃銅焊接缺陷

圖9  黃銅焊接效果圖

  使用DK-YSM2000AR單?？垢叻催B續光纖激光器搭載擺動(dòng)焊接頭，通過(guò)調整焊接功率和擺動(dòng)參數等工藝條件，可以有效的避免焊接過(guò)程中的氣孔、飛濺等問(wèn)題（如圖9），實(shí)現黃銅的近無(wú)缺陷焊接。實(shí)驗表明，DK-YSM2000AR單?？垢叻催B續光纖激光器焊接黃銅的最大深度可達4mm，焊接質(zhì)量和工藝窗口遠高于傳統的多模光纖激光器。