萬瓦雷射受市場追捧 功率或將繼續提高

萬瓦雷射受市場追捧 功率或將繼續提高

OFweek雷射網 發表於 2020-11-30 16:52:08

近期，碳鋼快速切割工藝成了雷射行業的熱門話題，新工藝帶來的效率提升也進一步證明了超高功率雷射並非僅是噱頭。同時，隨著雷射功率不斷提升、加工工藝不斷改進，越來越多的重工領域都開始嘗試使用雷射切割代替等離子切割。為進一步探究雷射功率提升、工藝改進對金屬加工行業的影響，OFweek雷射網聯合創鑫雷射應用中心對各種雷射工藝的切割效果進行了測試。

工藝升級1.0：從等離子到雷射

在雷射應用普及之前，碳鋼中厚板通常用火焰切割、等離子切割、高壓水切割等傳統工藝，其中以等離子切割為代表。等離子切割是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化，並借高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。等離子切割配合不同的工作氣體幾乎可以切割各種類型的金屬，通過調節切割電流也可切割超厚板材。

對等離子切割而言，等離子電源的切割電流其最重要的切割工藝參數，直接決定了切割的厚度和速度：電流越大，等離子電弧能量增加，切割能力越強，切割速度也隨之提高。但是，切割電流增大也會使等離子電弧直徑增加，電弧變粗，使得割縫變寬；同時，切割電流過大也會使噴嘴熱負荷增大，噴嘴損傷後切割質量也隨之下降。

在加工中薄板時，等離子切割具有速度快、端面光滑等優點，但材料越厚，等離子切割端面越粗糙，垂直度也越差。此外由於等離子電弧直徑較寬，使得等離子切割無法切割精密小孔。隨著雷射的興起，為應對雷射切割的衝擊，等離子切割行業開發出精細等離子切割設備，通過極大地縮小噴嘴孔尺寸而產生極度壓縮弧，大幅提高電流密度，獲得更高的切割精度和更好的光潔度，但依然無法達到雷射切割的效果。

圖片來源：奔騰雷射及創鑫雷射應用中心

雷射切割憑藉更高速、更高精度、更環保而逐步贏得市場認可。早期雷射功率較低時，雷射切割僅在薄板加工上有優勢，無法加工中厚板。近年來雷射功率不斷走高，從6kW，到8kW，12kW，15kW，20kW，再到30kW，功率不斷提升，工藝不斷改進，雷射切割的瓶頸也不斷被打破。

工藝升級2.0：雷射切割的工藝迭代

截至目前，碳鋼切割隨著雷射功率的提升已錘鍊出四種常用工藝，分別是磨砂面切割工藝、亮面切割工藝、空氣／氮氣切割工藝、以及最新的氧氣快速切割工藝。OFweek雷射網聯合創鑫雷射應用中心，使用創鑫雷射20kW雷射器切割20mm碳鋼材料，對各種雷射工藝的切割效果進行了測試。

早期的磨砂面切割工藝採用大噴嘴氧氣切割，使用功率較低，切割速度較慢，工件錐度也較大。測試中，創鑫雷射器輸出2.1kW功率，切割速度為0.65m/min，樣品單邊錐度為0.5mm。

20mm碳鋼磨砂面切割

亮面切割工藝使用了更小的噴嘴，提升了切割速度，同時也提升了端面光潔度，降低了工件錐度。測試中，創鑫雷射器輸出20kW功率，切割速度為1.7m/min，樣品單邊錐度為0.1mm。目前，對質量要求高的工件仍需使用亮面切割工藝。

20mm碳鋼亮面切割

空氣/氮氣切割工藝亮點在於速度大幅提升，將碳鋼切割的速度提升到不鏽鋼切割的水準，同時空氣切割成本更低，只需負擔空壓機電費及空氣淨化系統的費用。但空氣切割端面較為粗糙，且底部有難以去除的熔渣，還需要另外使用打磨工具。測試中，創鑫雷射器輸出20kW功率，切割速度為3m/min，樣品單邊錐度為0.15mm。

20mm碳鋼空氣切割

最新的氧氣快速切割工藝已在市場上得到應用，並憑藉速度快（超過空氣切割13％，超過亮面切割100％）、無毛刺而受到市場歡迎。儘管這種工藝切割的端面雖不及亮面切割工藝，但優於空氣／氮氣切割工藝。測試中，創鑫雷射器輸出20kW功率，切割速度為3.4m/min，樣品單邊錐度為0.15mm。

20mm碳鋼快速切割

除以上切割測試外，創鑫雷射工程師還用最新工藝切割了30mm碳鋼。經測試，使用氧氣快速切割工藝切割30mm碳鋼速度可達2m/min，單邊錐度為0.2mm。

30mm碳鋼快速切割

技術整合：萬瓦一機多用 優化工藝流程

早期的低功率雷射切割多用於落料加工，隨著雷射功率不斷提高、新工藝不斷改進，進一步釋放了設備商的技術整合空間，萬瓦時代的雷射切割已開始往一機多用的方向發展。例如，在加工下圖齒輪時，20kW雷射切割機憑藉能夠一次性切尖角、端面光滑的優勢，可取代300A等離子切割機、去毛刺機、銑床，滿足航空航天、電力設備、石油設備、汽車製造等行業的高精度要求，並將加工時長從27min5s減少至58s（12kW雷射切割機加工時長為1min30s）。

此外，系統集成商在萬瓦雷射器的基礎上，增加坡口切割功能，能夠實現一臺機器取代等離子切割、鑽床、銑床、去毛刺機等多臺機器。目前，奔騰雷射、華工雷射、大族雷射等均已將高功率坡口雷射切割機推向市場。

奔騰雷射在今年9月的上海工博會上展示了坡口切割機一機多用的效果。一塊直徑2m、厚度18mm的碳鋼圓盤，上有560個大小不一的圓孔，包含平面切割、45度V型和Y型坡口切割工藝。如以傳統工藝來生產，需要鑽床鑽小孔、銑床銑大孔、去毛刺、倒角等多個工序，經過多次轉場及重新定位，4個人耗費2天時間才能完成。而奔騰雷射15kW帶坡口的雷射切割機，只用1個工人在1臺工具機上就能完成所有的工序，全程耗時3.5小時，大大提高了效率，節約了時間、場地、人力等。

萬瓦雷射受市場追捧 功率或將繼續提高？

通過與創鑫雷射共同進行的工藝測試及市場應用情況，我們可以看到功率提升對工藝升級的促進作用：一方面能夠提升本身切割材料的能力、效率及質量，另一方面還能夠取代傳統工藝、傳統設備，解放人力，節省時間。

萬瓦雷射的應用及推廣為金屬加工帶來更多可能性，萬瓦雷射也因此受到市場追捧。從上海工博會情況來看，萬瓦雷射器已成為常規武器，各廠家均展示了萬瓦產品。從市場選擇來看，萬瓦雷射器也從被質疑發展到出貨量過千，並朝著更高功率發展。

上海工博會雷射器廠家萬瓦齊發

目前，在20kW的終端用戶裝機量上IPG和創鑫雷射處於領先位置，而創鑫雷射更是在不久前率先實現了30kW產品的交付。未來光纖雷射器功率是否會繼續提高？有人認為，現在的功率已經足夠滿足市場的需求，同時配套跟不上，追求更高功率是空中樓閣。但創鑫雷射市場與品牌負責人曾劍鋒則堅定認為：「創鑫雷射作為國產萬瓦雷射器的開拓者，不斷對自己提出更苛刻的要求，同時不斷輸出行業標準和方案。未來，創鑫雷射將繼續拓寬國產超高功率工業雷射器道路，將在萬瓦甚至更高功率鑽研各細分行業的切割解決方案，助推國內泛工業領域及產業升級發展！」

責任編輯：xj

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