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光纖激光器與CO2激光器對比

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

經常被問及:對於工業加工,光纖激光器和CO2激光器哪種好?更具體一點,則是:這兩種激光器到底有何長處和短處?光纖激光器可以替代CO2激光器嗎?

看似簡單的此問題,要說清楚未必是易事。

AG亚游集团試從多方麵、多角度為用戶提供完備的信息和持平的意見,以期收到釋疑解惑之效。

光纖激光器產生的激光(後文簡稱為光纖激光)的波長為1.06μm,CO2激光器產生的激光(後文簡稱為CO2激光)波長為10.6μm,均是紅外光,可被材料吸收,而應用於工業材料加工。

 

切割是目前應用最廣泛的激光工業加工技術。為方便起見,本文展開的討論均基於激光切割,除非另作特別說明。

兩種激光器的長短優劣

作為用戶,先得了解光纖激光器和CO2激光器各自的死穴。所謂死穴,就是切割加工的盲區。避開了死穴(盲區)後,再爭短競長,選定適合需要的那一款。

光纖激光器的死穴

光纖激光不能切割非金屬,包括木材、塑料、皮革、棉麻織物等。如果需要加工的工件材料恰是非金屬,那麽光纖激光器隻能落選,而非CO2激光器莫屬。

汽車內飾件大多為非金屬材料,采用高精度機器人+CO2激光器的加工係統,對其空間曲麵進行切割,這樣的加工係統需解決激光束在機器人各關節間的傳輸難題。

光纖激光也不能切割表麵有覆蓋層的材料,如普通覆膜不鏽鋼、有防鏽塗料的特種鋼板等。有用戶對此注意不夠,而選擇光纖激光器,不得不將普通覆膜的不鏽鋼外發切割加工。如要采用光纖激光專用覆膜,則成本升高。

CO2激光器的死穴

CO2激光不能切割銅材,包括黃銅、紫銅。如果需要切割銅材,隻有光纖激光器夠格。

對於CO2激光來說,銅材屬於高反射性材料,激光幾乎全部被反射而不被吸收;反射光返回激光器,造成危害。

CO2激光對鋁合金的反射率也較高。安裝背反射隔離器,可有效保護CO2激光器,從而可安全切割鋁合金。

AG亚游集团且從使用成本、切割速度、穿孔效率、斷麵質量等方麵,讓兩種激光器來爭短競長。

使用成本

這裏,為方便對比兩種激光器的成本差別,僅計算電力、耗材、介質氣體三部分構成的成本,這三部分的成本,兩者是不同的;人力、折舊、場地、切割氣體等,對於兩種激光器來說,成本相同,故不計算。

兩種激光器均需耗費巨量電力。光纖激光器電-光轉換效率約30%,CO2激光器約10%。以3000W激光器而論,光纖激光器耗電約10kW電力,而CO2激光器耗電約30kW。以電價1元/度、占載率70%計,則成本分別為7元/小時、21元/小時。

另外,由於效率不同,所以,兩種激光器所產生的熱量不同,需要的水冷機的規格(製冷量)也不同。光纖激光器需要的水冷機的耗電量為13kW,CO2激光器需要的水冷機的耗電量為18kW。以電價1元/度、占載率70%計,則成本分別為9元/小時、12.8元/小時。

在日常使用過程中,采用光纖激光器的切割機(後文簡稱光纖切割機)需耗費的材料有:聚焦鏡、陶瓷體、噴嘴、保護鏡等,成本約3元/小時。

另外,據4年來的統計,激光模塊和擴束鏡有其使用壽命,從而分別產生約4元/小時、1元/小時的成本(特別說明,ROFIN光纖激光器需更換的最小單元是半導體模組,成本約1元/小時)。

采用CO2激光器的切割機(後文簡稱CO2切割機)需耗費的材料有:聚焦鏡、陶瓷體、噴嘴、反射鏡等,成本約2.5元/小時。
光纖激光器無需介質氣體;CO2激光器需使用介質氣體才能產生激光,成本約1元/小時。

另外,CO2激光器每3000小時進行常規點檢,每6000小時進行深度點檢,發生約2元/小時的成本。

綜上,光纖激光器使用成本約24元/小時,CO2激光器則約為38.3元/小時,相差14.3元/小時。按每天使用10小時計,則每天成本差為143元。

市場上關於兩種激光器的使用成本的差別的說法,有些誇大。

附帶提一下,光纖激光的傳輸介質為光纖,光束封閉於光纖內,“曲線傳播”,不受外界環境影響。CO2激光傳輸介質為空氣,直線傳播,靠反射鏡改變傳輸方向,易受外界環境影響,可能需要對這些反射鏡進行維護,從而稍稍增加使用成本。

切割速度

切割速度、穿孔效率、斷麵質量等方麵構成激光切割效能,是評價激光器(機器)的綜合性指標。

光纖激光器切割薄板有優勢,尤其是厚度3mm以下者,優勢明顯,相對於CO2激光器,最大切割速度比值可達4:1;而6mm是兩種激光器優勢互換的臨界厚度。切割厚度>6mm的板材,光纖激光無優勢;隨著厚度的增加,CO2漸顯優勢,但並不顯著。

總的說來,切割速度方麵還是光纖激光器有優勢。

穿孔效率

激光束對工件開始切割前,需穿透工件。光纖激光的穿孔時間明顯比CO2長。

還是以3kW 光纖激光器和CO2激光器為例。對於厚度為8mm的碳鋼,後者比前者少1秒鍾;10mm時,後者少2秒;隨著厚度的增加,CO2激光器在穿孔方麵的優勢愈益顯著。

以每天穿孔2000次、每次穿孔時間差3秒鍾計,則每天穿孔時間差為6000秒,約合1.7小時。

CO2激光器因較高的穿孔效率,每天可縮減1.7小時的機器使用時間。即使采用較保守的數據,計入人工(30元/小時)、設備折舊(25元/小時)和場地(2元/小時)費用,節省的成本有(CO2激光器):
1.7×(30+25+2+38.3)=162(元)

斷麵質量

斷麵質量通常指粗糙度(光潔度)、垂直度。

切割3mm以下厚度的鋼板時,光纖激光切割的斷麵質量(粗糙度和垂直度)
略差於CO2。隨著厚度的增加,斷麵質量的差異愈益明顯。

厚度≥3mm的不鏽鋼,光纖激光切割的斷麵呈磨砂狀,而CO2呈光亮狀。

厚度為16mm的碳鋼,光纖激光切割斷麵的垂直度遠差於CO2,前者為0.4~0.5mm,後者可達0.1mm。

另外,碳鋼板對光纖激光能量吸收率高,在切割小孔(孔徑≤板材厚度)時,反而是個缺點,切割質量較差。

順便指出,激光切割的精度與采用何種激光器無關,而與機器定位精度、重複定位精度、切縫寬度的一致性有關。光纖激光切割的切縫窄,CO2的切縫稍寬。但切縫的寬窄不影響零件的精度,因為通過割縫補償功能,可以抵消切縫寬度。

光纖激光器和CO2激光器究竟哪種好?

有了以上數據,不難得出一個合乎邏輯的結論,從而作出理性的選擇。不能籠統地講是光纖激光器好,也不能籠統地講是CO2激光器好。應該基於特定的應用進行分析、判斷。

 

AG亚游集团看到,光纖激光器與CO2激光器在麵對特定應用需求時各有其優勢和弱勢。目前和今後一段時期內,光纖激光器和CO2激光器不能互相替代,而隻能共存互補。徑向偏振CO2激光器的技術進展值得注意,可能在薄板切割方麵縮小與光纖激光器的差距。

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