YAG雷射器壟斷航空製造業數十年 光纖雷射器有待引入

2021-02-08 OFweek維科網

　　隨著光纖雷射器技術的發展，最近航空航天工業正認真考慮在生產線中引入光纖雷射器。在航空航天工業中，現代渦輪發動機的製造過程中通常需要鑽出數量多達成千上萬的孔。渦輪葉片、導向葉片、燃燒室和復燃室都需要鑽孔，而且往往需要在不同厚度的部件上，以各種不同角度鑽出直徑不同的孔，以便為部件提供冷卻空氣。這些部件由超合金製成，並且進行了多次陶瓷熱障塗層（TBC）。

　　目前，市場上能滿足商用和軍用發動機製造商需求的鑽孔產品較為缺乏。燈泵浦Nd：YAG雷射器是最主要的產品，並且其已經主導了航空航天鑽孔市場長達數十年之久。隨著光纖雷射器技術的發展，最近航空航天工業正認真考慮在生產線中引入光纖雷射器。

　　圓孔可以通過兩種方法加工——衝擊鑽孔（percussiondrilling）和環形切割成孔（trepanning），其中衝擊鑽孔將雷射聚焦到所需要的開孔尺寸；而環形切割成孔是用雷射切割出圓孔。這些孔的直徑範圍從0.010~0.250英寸，厚度大於0.5英寸，入射角從30°到小於10°。此外，還有一些部件（如燃燒室）需要更多的切割細節信息。

　　用於衝擊鑽孔的Nd：YAG雷射器通常具有200W的平均功率，而峰值功率高達20kW。當衝擊鑽孔時，典型的雷射脈衝持續時間為600μs~1ms，峰值功率為10~20kW。一些孔需要20J的脈衝能量，這將脈衝重複頻率限制到10pps。這些雷射器可以在更長的脈衝持續時間下運轉，因此脈衝更少、鑽孔速度更快；然而重鑄層趨於增加，又使其難以滿足孔的規格要求。

　　當使用衝擊鑽孔時，需要多個脈衝，並且通常需要一些額外的脈衝確保孔被穿透和出口處的尺寸。所需要的脈衝數量隨著材料的厚度而變化，例如，燃燒室鑽孔需要的典型脈衝數量為5~7個。如果孔之間的距離較近，則操作必須非常謹慎，因為過多的熱量積聚可能導致熱障塗層的分層。在實際操作中，許多孔是以極快的速度鑽出的，以儘量減少熱量產生，防止產生熱障塗層分層。

　　環形切割成孔是燃燒室鑽孔應用所採用的另一種加工技術。相比之下，這種加工方式速度較慢，但是這種方法加工出的孔具有更好的一致性和更好的散熱特徵。這種加工方式不需要返工，而衝擊鑽孔則可能出現返工的情況。

　　導向葉片和渦輪葉片通常採用衝擊鑽孔，雖然也有一些廠商更喜歡環形切割成孔方法。鑽孔過程中要防止背板受損。導向葉片和渦輪葉片通常充滿了各種各樣的材料，以防止雷射損壞背板。在鑽孔過程完成後，填充材料可以取出。各發動機製造商所採用的填充材料不盡相同。

相關焦點

  • 中國漸成光纖雷射器領導者之一
    2015年3月17日-19日慕尼黑上海光博會在上海新國際博覽中心舉辦，期間貳陸紅外雷射（蘇州）有限公司聯合II-VIIncorporated旗下II-VIHighyag、II-VISuwtech、II-VILaserEnterprise、II-VIPhotop共同參加了本次展會。
  • 一文讀懂光纖雷射器的前世今生
    光纖雷射器被譽為第三代雷射器，其應用範圍非常廣泛。包括雷射光纖通訊、雷射空間遠距離通訊、航空航天、工業造船、汽車製造、雷射雕刻、雷射打標、雷射切割、印刷制輥、金屬非金屬鑽孔/切割/焊接(銅焊、淬水、包層以及深度焊接)、軍事國防安全、醫療器械儀器設備、大型基礎建設，以及作為其他雷射器的泵浦源等等。
  • 中國2萬瓦光纖雷射器將實現國產化 打破國外壟斷
    據科技日報報導，記者22日從中國航天科工集團四院獲悉，該院所屬武漢銳科光纖雷射器技術有限責任公司正在研發國內首臺2萬瓦光纖雷射器，有望於2018年上半年問世並投入使用。光纖雷射器是繼二氧化碳和半導體雷射器之後的第三代產品，它由細如髮絲的光纖來釋放雷射能量，可廣泛應用於工業造船、飛機和汽車製造、航空航天以及3D列印等領域。
  • 高端裝備製造業—雷射器五大發展趨勢分析(附雷射器產業鏈全鏡圖)
    雷射器是雷射裝備的核心部件，而雷射裝備的下遊應用領域非常廣泛，涉及電子信息、裝備製造、通訊、交通設備、醫療設備、航空航天、石油管道、增材製造等諸多重要工業領域。雷射技術是我國製造業轉型升級的關鍵支撐技術之一，因此我國政府歷來高度重視發展雷射產業。
  • 2萬瓦光纖雷射器將實現國產化
    中國航天科工集團四院近日表示，該院所屬武漢銳科光纖雷射器技術有限責任公司正在研發國內首臺2萬瓦光纖雷射器，有望於2018年上半年問世並投入使用。    光纖雷射器是繼二氧化碳和半導體雷射器之後的第三代產品，它由細如髮絲的光纖來釋放雷射能量，可廣泛應用於工業造船、飛機和汽車製造、航空航天以及3D列印等領域。與傳統二氧化碳雷射器相比，光纖雷射器的耗電量僅為其五分之一，體積只有其十分之一，但速度快4倍，轉換效率高20%，且沒有汙染。    2007年以前，我國高功率光纖雷射器長期依賴美國進口，其價格昂貴，供貨周期長。
  • 光纖雷射器與YAG雷射器在切割領域中對比分析
    一、光纖雷射器　　1.原理：　　光纖通常是以SiO2為基質材料拉成的玻璃實體纖維，主要廣泛應用於光纖通訊，其導光原理就是光的全內反射機理。多模光纖：中心玻璃芯較粗(50um+1um)，可傳多種模式的光，但其模間色散較大，傳輸的光不純。　　2.優點：　　光纖雷射器具有體積小、能耗低、壽命長、穩定性高、免維護、多波段、綠色環保等特徵，它以優越的光束質量、穩定的性能、超高的光電轉換效率，贏得了眾多雷射業內人士的肯定。
  • 中國光纖雷射器的發展與展望
    光纖雷射器擁有的上述無可比擬的技術優勢，使其廣泛應用於雕刻、打標、切割、熔覆、焊接、表面處理等材料加工領域，正在逐漸取代各種物理加工、化學加工、印刷加工等傳統加工方式。隨著美國IPG公司 2003年在中國賣出第一臺調Q脈衝光纖雷射器開始，商用的脈衝光纖雷射器在中國市場的發展正式拉開帷幕。
  • 國內光纖雷射器市場現狀分析:同質化初現?
    編者按：光纖雷射器市場火了很多年，也被關注了很多年。經過市場多年驗證，光纖雷射器技術的確值得大家投入。面對這樣一個好產業，千萬不要讓光纖雷射器市場重蹈光伏產業的覆轍。
  • 1.2萬瓦光纖雷射器在津問世
    本報訊（記者 嶽付玉）昨天， 駐津央企中國電子科技集團公司光電研究院天津東方銳鐳公司聯合國防科學技術大學高能雷射技術團隊，成功研製出功率達1.2萬瓦的工業級光纖雷射器，其綜合性能指標達國際一流水準。該產品的問世，徹底打破國內萬瓦級光纖雷射器依賴進口的局面，使得國產萬瓦光纖雷射器水平再上新臺階。
  • 中國電科實現「高功率光纖雷射器」核心器件國產化
    」核心器件國產化日前，中國電科實現了「高功率光纖雷射器」核心器件全國產化目標，標誌著我國已具備了「萬瓦級」固體雷射武器的光源系統自主研發和生產能力，為高能固體雷射裝備的自主可控之路打下了堅實基礎。高功率泵浦耦合器是光纖雷射器中的核心元器件之一，也是中國電科實現「高功率光纖雷射器」及關鍵器件國內自主可控的關鍵元器件之一。顧名思義，泵浦耦合器的主要功能是將多根細光纖中的泵浦光耦合匯聚至一根粗光纖後輸出更高功率的泵浦光，其工作原理猶如樹木的根系一樣：眾多側根將土壤中的水分輸送並匯聚至主根後注入樹幹，主根與側根的吸水、輸水能力越強則樹木能夠獲得的水分越多，從而枝繁葉茂。
  • 還在用YAG雷射器點焊?那你就Out了!
    準連續光纖雷射器迎來黃金髮展期。對於企業來說，使用準連續（QCW）光纖雷射器的原因有許多，例如光纖雷射器結合了一臺脈衝Nd:YAG雷射器的鑽孔和焊接優勢以及一臺CO2雷射器的切割能力。採用傳統技術無法實現這些加工性能的組合，所以在過去許多公司同時擁有CO2雷射器和Nd：YAG雷射器來應對更廣泛的加工需求和應用。QCW光纖雷射器可以在脈衝和連續（CW）模式下工作，所以單個雷射器便可以處理過往需要兩個不同的雷射器才能完成的各種加工任務。今天，數以萬計的光纖雷射器正全天候應用於不計其數的行業和領域。
  • 簡介YAG雷射器
    和其他固體雷射器一樣，YAG雷射器基本組成部分是雷射工作物質、泵浦源和諧振腔。不過由於晶體中所摻雜的激活離子種類不同，泵浦源及泵浦方式不同，所採用的諧振腔的結構不同，以及採用的其他功能性結構器件不同，YAG雷射器又可分為多種，例如按輸出波形可分為連續波YAG雷射器、重頻YAG雷射器和脈衝雷射器等；按工作波長分為1.06μmYAG雷射器、倍頻YAG雷射器、拉曼頻移YAG雷射器和可調諧YAG雷射器等；按摻雜不同可分為Nd:YAG雷射器、摻Ho、Tm、Er等的YAG雷射器
  • 創鑫雷射備戰科創板 高功率光纖雷射器打破壟斷逐步實現國產化
    作為國內首批光纖雷射器製造商之一，其以技術優勢、核心器件自主生產優勢、產業鏈合作優勢等六大核心競爭優勢，在此次衝刺科創板企業中表現較為亮眼。據悉，創鑫雷射近年來營業收入和淨利潤持續增長，公司於2016年規劃並於2017年開始實施連續光纖雷射器產品「超高功率技術彎道超車」的技術發展路線。
  • 中國電科實現「高功率光纖雷射器」核心器件全國產化
    資料圖：我國研製的（6+1）*1高功率泵浦耦合器在中國電科11所順利通過裝機前的驗收測試　　高功率泵浦耦合器是光纖雷射器中的核心元器件之一，也是中國電科實現「高功率光纖雷射器」及關鍵器件國內自主可控的關鍵元器件之一。
  • 中國光纖雷射器的「全明星」
    光纖雷射器作為目前最為活躍的雷射光源器件，是在EDFA技術基礎上發展起來的技術，它是雷射技術的前沿課題。　　早在1961年，美國光學公司的E.Snitzer等就在光纖雷射器領域進行了開創性的工作，但由於相關條件的限制，其實驗進展相對緩慢。
  • 國產雷射器奮鬥史
    2016年，中國低功率光纖雷射器市場已被國內企業佔據，國內企業市場份額高達85%；中功率光纖雷射器市場，國內企業與國外企業市場份額相當。而在高功率光纖雷射器市場，國產產品才剛開始實現部分銷售。目前，高功率光纖雷射器市場仍以歐美知名光纖雷射器企業為主導，產品價格和附加值相對較高。
  • 國內外光纖雷射器巨頭對比分析
    民用方面，在機械加工、汽車製造、飛天航空、電子製造、醫療美容等產業廣泛應用；軍用方面，隨著雷射技術的發展及研發應用不斷成熟，雷射定向能武器成為各國重點支持和發展的新概念武器，而光纖雷射器綜合性能優異，兼具高光束質量和高功率、散熱性好，結構簡單可規模化生產等諸多優勢，已成為新一代先進武器的首選光源之一，並成為雷射市場主流選擇並有望繼續高增長。
  • 點評:光纖雷射器與CO2雷射器性能比較
    與光纖雷射器的光纖相比，CO2雷射器的外光路系統在使用過程中較容易受到外界振動和衝擊的影響。因此，與光纖雷射器的光纖相比，CO2雷射器的外光路系統在使用過程中的穩定性較差。　　相同功率的光纖雷射器和CO2雷射器能耗的比較：　　圖1所示為4000W的光纖雷射器、CO2雷射器、DISC雷射器、YAG雷射器每小時運行成本 的比較。
  • 深度解析:光纖隨機雷射器及其應用研究進展!
    2016年，ZHANG W L 等將隨機包層概念引入到圓柱波導隨機雷射研究中［26］，如圖 2( c) 所示，利用在包層中注入散射顆粒的方法，將光束縛在波導結構中，同時纖芯的增益介質控制輸出在光纖軸向，實現了隨機雷射的較低閾值和具有一定方向性的雷射發射，其輸出特性如圖 2( d) 所示。此外，基於光子晶體結構的填充型光纖隨機雷射器也得到了廣泛研究和關注。
  • 「光製造」時代,國內光纖雷射器龍頭大有可為
    光纖雷射器具有節能、環保、高效且易於結合機器人及智能控制等特點，與未來智能製造的需求完美契合。我們認為中國製造業轉型升級已經成為趨勢，中國將步入「光製造」時代。新型應用進入全面爆發期，光纖雷射器市場前景廣闊：光纖雷射器已成為雷射技術發展主流方向和雷射產業應用主力軍，在工業雷射器中佔比已經接近一半。