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技术干货 | 不同光斑类型激光清洗设备对铝合金表面氧化层去除影响

一、不同光斑类型激光清洗简介

金属表面激光清洗用激光器波长在1060-1080nm波段,为近红外不可见光,按激光输出模式分为连续光和脉冲光,连续激光清洗主要靠激光热烧蚀作用,使污染物在高功率下烧蚀挥发。脉冲激光清洗原理是利用激光脉冲在激光焦点处击穿空气产生的等离子体对工件的压力冲击,此外百纳秒脉冲的瞬时热效应会在接合面产生热膨胀力,结合冲击振动使污物剥离。
脉冲激光按照光斑的能量密度分布,可分为高斯光斑激光和平顶光斑激光,高斯光即光束强度在空间上呈现高斯分布,这样的光束具有中间强度高,往外沿着高斯轮廓逐渐下降。高斯光束的能量分布较为不均匀,光斑比较小,中间能量过高,清洗会对基材造成较大损伤,一般适用于对基材要求不高的工况环境。
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图1 高斯激光轮廓和平顶激光轮廓
与高斯激光束相比,平顶激光束能更有效地利用能量,平顶光束轮廓中没有两翼,但具有较陡的边缘过渡,因此能量利用效率更高,并且对周围区域的损伤也会减少。平顶激光光斑直径较大,清洗对基材损伤程度较小,适用于对基材要求较高的工况。
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图2 高斯激光和平顶激光强度对比

二、不同类型光斑激光清洗氧化层试验验证

1、试验目的

验证平均功率200W的高斯光斑、平顶光斑脉冲激光清洗设备对铝合金表面氧化层处理效果。

2、试验材料

试验采用高速列车车体常用的轧制成型高强铝合金A6N01S-T5 板材,热处理方式为高温成型过程冷却加自然时效(T5),厚度为5 mm。线切割成20mm*20mm*5mm样件。

3、试验仪器

试验采用山东产研强远激光科技有限公司QYCL-FP200、QYCL-FP200A类型脉冲激光清洗机,分别对铝合金表面氧化层清洗效果进行验证,清洗后采用日本电子JSM-7610F扫描电子显微镜对表面元素含量进行检测。
(1)200W脉冲激光清洗机(高斯光斑)
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(2)200W脉冲激光清洗机(平顶光斑)
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(3)扫描电子显微镜
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4、实验结果
采用200W、800mm/min速度对样件开展实验,结果如下:
(1)表面宏、微观形貌

通过宏观观察,平顶光斑激光清洗后较原样件明显,但在同样清洗速度下较高斯光斑暗。
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图 清洗后宏观形貌
通过微观观察,平顶光斑激光清洗后较原样及高斯光斑清洗后平坦,说明平顶光斑清洗后表面粗糙度低,对材料损伤较小。
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图 清洗后微观形貌(从左到右依次为未清洗、平顶光斑、高斯光斑效果)
(2)表面元素含量

采用日本电子JSM-7610F扫描电子显微镜对表面元素含量进行检测,具体结果如下:
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通过实验结果分析,平顶光斑激光清洗后较原样件氧、碳元素含量下降明显,同样清洗速度高斯光斑激光清洗效果更佳。
(1)原样件表面元素含量
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(2)平顶光斑激光清洗后表面元素含量
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(3)高斯光斑激光清洗后表面元素含量
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两种类型激光宏观上都可以去除表面氧化层,高斯光斑激光清洗后对铝合金损伤程度较大,清洗的比较彻底。平顶光斑清洗后表面粗糙度较低,对基材损伤程度较低,同等参数下较高斯光斑清洗效果差。

根据不同光斑类型设备特点,应用场景也不同,平顶光斑激光清洗适用于对基材要求比较高的场景,例如模具、电子、航空航天核心器件、汽车零部件、密封器件,清洗后不改变基材尺寸及状态。高斯光斑激光清洗适用于结合比较顽固且对基材要求不高的场景,例如金属表面氧化层去除、材料喷漆前表面处理、工件翻新等。
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据资料显示,山东产研强远激光科技有限公司注册资本8036万元,是一家专注于激光清洗/焊接设备研发、生产、销售及综合解决方案的国家高新技术企业。公司作为山东省科学院激光研究所、山东产业技术研究院、山东省科创集团有限公司股权投资企业,拥有光学、机械、电子、计算机、材料学等多学科专业组成的博士创新团队,公司在激光清洗/焊接关键核心器件、工艺方法、智能控制、成套自动化解决方案拥有国内外核心自主知识产权50余项,相关产品广泛应用于航天航空、轨道交通、轮胎模具等行业。


来源 : 强远激光 发布时间 : 2023-07-11

技术前沿 | 超短激光脉冲技术迎来新突破

激光正成为无数设备和行业不可或缺的组成部分。当激光的光束与纳米级材料表面相互作用时,它会发出一种被称为“等离子体激元”(plasmon)的光波,而给定等离子体激元的属性可以传递信息。在光学传输中,激光将光泵入一个称为可饱和吸收器的部件,以产生光信号。


激光技术在工业加工中也有广泛的用途,如零部件的精密清洗,高功率切割、焊接,微加工的钻孔、划线、细磨、精抛、切割、纹理、剥除、隔离等。在工业制造领域,工程师们很早就尝试利用激光进行微加工。但是由于激光的长脉冲宽度和低激光强度造成材料熔化并持续蒸发,虽然激光束可以被聚焦成很小的光斑,但是对材料的热冲击依然很大,限制了加工的精度。唯有减少热影响才能提高加工质量。当精度要求达到一微米的时候,超短脉冲激光对于精密清洗、高精度的抛光、表面重塑与焊接,或以其他方式修改大量的材料来说是最棒的工具。


超短脉冲激光,是指超快激光器输出激光的脉冲宽度在皮秒(10-12秒)级别、或小于皮秒级别的脉冲激光。根据输出激光的脉宽不同,超短脉冲激光又可分为皮秒激光、飞秒激光、阿秒激光。超短脉冲激光增加高脉冲的能量极大地改变光物反应。一般情况下,脉宽越窄,加工精度越高。


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激光加工:长脉冲 VS 超短脉冲

激光以不同的脉冲时间作用到材料商,所产生的效果也是天壤之别:

当激光以纳秒量级的脉冲时间进行工作时,可以实现很高的脉冲能量、峰值功率和平均功率,为微型机械加工应用


当激光以皮秒量级的脉冲时间作用到材料上时,加工效果会发生显著变化。随着脉冲能量急剧上升,高功率密度足以剥离外层电子。由于激光与材料相互作用的时间很短,离子在将能量传递到周围材料之前就已经从材料表面被烧蚀掉了,不会给周围的材料带来热影响,因此也被称为“冷加工”。


当激光以飞秒的脉冲时间作用于材料表面时,激光器可以输出具有高达千瓦量级的平均功率,几百飞秒(fs)量级以下的脉冲宽度。在重复频率为1kHz至100MHz量级的情况下,其脉冲能量可以跨越毫焦(mJ)至纳焦(nJ)量级,脉冲峰值功率可以高达GW至TW量级。


这种集高脉冲能量、高脉冲峰值功率以及高脉冲重复频率于一体的激光器可以高效地加工出比连续或者长脉冲激光更加精细的机械结构。


超短脉冲加工能量极快地注入很小的作用区域,瞬间高能量密度沉积使电子吸收和运动方式发生变化,避免了激光线性吸收、能量转移和扩散等影响,从根本上改变了激光与物质相互作用机制。同普遍化的激光加工一样,属于无接触式加工,使用超短脉冲激光在微加工中特有优势,包括增强的尺寸精度和更严格的公差,减少损害并去除后续处理步骤。


这项黑科技在超短脉冲激光在基础研究、工业加工和光通信等广泛领域有重大应用,目前各大国正在加紧研究,以此实现技术上的更新迭代。




超短脉冲激光技术

在各领域中的研发进展


01 通信
近期,亚利桑那州立大学电气工程副教授Yu Yao和她在亚利桑那州立大学光子学创新中心的研究团队设计了一种更快、更节能的纳米级激光元件,称为石墨烯-等离子体混合元结构饱和吸收体,简称GPSMA。GPSMA在通信、信息处理、光谱学和生物医学等行业具有潜在的应用前景。吸收剂可用于提高速度、效率和整体性能,以推进数据传输、信息处理、生物医学传感和成像技术。

由于它在光学调制和饱和吸收方面具有有益的特性,Yu Yao的团队在他们的开发过程中加入了一种人工工程金属-石墨烯混合材料。

他们通过设计一种光学天线阵列,将光聚焦到材料的纳米级间隙,即所谓的热点,以促进吸收,通过将激光聚焦在这些热点上,他们观察到性能的提高和能量消耗的减少。他们的新技术将为红外激光光谱和高速光信号通信(光纤电缆和卫星通信)开辟新机遇。

02 军事
激光武器听起来就是一种非常科幻化的应用。如今,美国现在就有了一种超短脉冲激光的出现,很多人都已经对这种武器进行了持续的关注,这款武器所产生的脉冲光都是小于一纳秒的,通过这种计算模式看下来,它被称为超短脉冲光激光武器,也确实在意料范围之中。据悉,这款武器所产生的脉冲光都是小于一纳秒的,通过这种计算模式看下来,它被称为超短脉冲光激光武器,也确实在意料范围之中。功率增强100万倍,这样的优势呈现创造了更多的可能,在后续的发展和运用过程当中,表现也会越发明显。

03 研发
中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室研究团队提出了一种非线性光学增益调制技术,可以将单频连续激光转换为高相干飞秒脉冲。该方法是获得波长灵活超快脉冲的全新技术手段。

西安光机所光子制造系统与应用研究中心持续在高功率大能量超短激光脉冲放大技术研究方面进行攻关,研究团队采用特种玻璃光纤级联单晶光纤的混合式放大技术,实现了100千赫兹重频下近毫焦级能量的超短脉冲放大输出,最大放大输出功率92.9瓦,对应单脉冲能量达929微焦,通过基于温度梯度的宽带大色散啁啾光纤光栅和高衍射效率光栅对压缩器进行精密的色散匹配,将中心波长1030纳米,谱宽仅2.4纳米的超短脉冲压缩至335飞秒(洛伦兹拟合的傅里叶转换极限脉冲宽度325飞秒),压缩后输出脉冲能量达800微焦,对应峰值功率大于2.38吉瓦,是目前基于单晶光纤在百千赫兹重复频率下获得的最大峰值功率的超短脉冲输出,对输出的激光光束质量进行测试,光束质量因子()优于1.3。

该项研究工作获得了国家自然科学基金重大项目课题、中科院西部青年学者项目、陕西省两链融合专项、中科院弘光专项、陕西省科技新星等项目支持。研究成果可为科学与技术研究、超快激光加工等领域提供新型高效光源技术手段。


来源 : 北京光博会订阅号 发布时间 : 2023-07-10

杰普特:MOPA脉冲光纤激光器填补国内技术空白

近年来,随着国家“双碳”目标(碳达峰和碳中和)的提出,光伏、锂电、储能等新能源相关产业迎来快速发展期。这些产业不断“攻城拔寨”的背后,离不开激光器在制造工艺上的鼎力支持。激光作为一种先进加工技术,有着高效精密、灵活可靠以及对材料损耗小等优点。日前,“学习贯彻落实党的二十大精神·高质量发展科创行”主题采访调研活动走进杰普特光电股份有限公司,揭秘赋能制造业高质量发展的“一束光”。


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图片杰普特光电股份有限公司生产车间  惠州日报记者王建桥 通讯员吴华军 摄

 

01  MOPA脉冲光纤激光器填国内技术空白

 

本世纪初,中国加入世界贸易组织,制造业也迎来了千载难逢的黄金时期。可是,作为制造业精密加工的一项重要技术,此时激光器还严重依赖国外进口。如何让激光技术完全实现国产自主,成为摆在光电领域从业者面前的一道难题。2006年,一家由归国留学人员创办,集研发、生产和销售激光光源、光学智能装备于一体的企业在深圳诞生,它就是杰普特光电股份有限公司。“杰普特是国内少有的同时拥有脉冲、连续、固体、超快激光器技术与核心自动化技术的公司。”杰普特副总经理、董事会秘书吴检柯向记者介绍。

骐骥千里,非一日之功。MOPA脉冲光纤激光器是杰普特的明星产品,并斩获了国家级制造业单项冠军产品殊荣。它能最终投入市场,是科研团队矢志不渝攻坚的结果。“2010年,MOPA脉冲光纤激光器首次研发成功。在产品交付那天,就被告知激光器出了问题。”吴检柯说,回去后,科研团队又开始进行激光器量产稳定性的改进工作。这一轮改进耗时两年,期间烧毁的机器有上百台,好在终于把激光器产品质量做到稳定。据悉,杰普特研制的MOPA脉冲光纤激光器具有我国自主知识产权,填补了国内技术空白,并在国内率先实现了批量生产和产业化应用。

制造业生产和加工过程中,激光器有着极其广泛的应用场景,包括金属材料标识标刻、飞行打标、异种金属焊接、激光清洗以及新能源电池极耳切割等,并能够保证损耗最小、效果最佳。目前,杰普特服务的重要客户有比亚迪、宁德时代、国巨电子等。吴检柯表示,光伏和锂电是近些年的大热行业,接下来杰普特会顺应市场变化和客户精密加工需求,不断对技术进行更新迭代,生产出更优质的激光器及相关产品。此外,公司还在半导体领域进行了布局,希望能够投身到半导体行业的激光加工领域。

 

02  为客户提供激光加工整体解决方案

 

远处,员工们正在小心翼翼地进行组装工作,组装机器的每一个零部件均从无尘车间内转运出来;近处,一台台等待交付的激光调阻机整齐地摆放在空地上,机身标注着客户名称“国巨电子”。记者来到杰普特惠州分公司的生产区域,专业、大规模和精细化的运作令人印象十分深刻。“杰普特有不少产品是针对客户需求进行定制化生产,从国内到海外,都有我们的合作客户。”吴检柯说,公司的优势在于有国内较为全面的激光器产品和国际先进的自动化技术。目前服务的客户,也是各个行业的头部企业。

无论是开创性产品的问世,还是定制化需求的实现,都离不开强大的科研能力作支撑。据了解,截至去年末,公司申请知识产权689项,拥有知识产权500项。研发团队共有成员602人,占公司总人数的36%。全公司的17名博士中,有14位专注于研发板块。杰普特内部已经形成技术分享、技术交流的良好氛围。去年全年,杰普特在研发方面便投入1.66亿元,占去年营业收入的14.15%

中国厂商在激光器领域起步晚、有短板,唯有攻克核心技术、掌握核心技术,才能在国际国内的市场竞争中占据一定优势,这也是杰普特一以贯之的追求。

如何在国内外众多激光器厂商中脱颖而出?吴检柯说,“相比其他行业内厂商,我们同时拥有激光器技术与自动化技术,能够更好地为客户提供激光加工整体解决方案。”激光器和激光加工设备类似于发动机和汽车整车之间的关系,激光器的光学特性将对设备整体加工效果、效率产生重要影响。因此,公司自主研发的激光器便从客户应用场景、实际加工难点等维度综合出发,打造一整套解决方案。这样立体化的产品,更加符合客户需求,也能够提升加工效率。

 

03  协同唱好深惠“双城记”

 

杰普特始创于深圳,但早在2011年便设立了惠州分公司。深圳研发、惠州制造,是目前杰普特的重要战略布局。“最开始深圳的生产车间,是通过租赁方式获得的,这一定程度上对生产效率形成了制约。长期稳定的生产场地是制造型企业的核心竞争力之一。”吴检柯说。2019年,通过与惠州市、仲恺高新区相关部门进行积极沟通,杰普特解决了项目用地问题,并成功兴建了如今的生产基地。目前,惠州分公司承担绝大部分产品的生产任务,成为地位举足轻重的生产基地。

去年8月,广东省自然资源厅发布《广东省都市圈国土空间规划协调指引》,明确将惠城区(含仲恺高新区)、惠阳区(含大亚湾开发区)、惠东县、博罗县划入深圳都市圈范围。深惠产业协同发展的话题,再度成为关注焦点。如何唱好“双城记”、打好“协同牌”?杰普特也有自己的规划。据杰普特行政经理吴华军介绍,惠州分公司还在加紧建设和完善中,包括办公区、生活区及休闲区等功能分区,力图为员工打造一个更适宜工作和居住的环境。接下来,这里将会在生产基础上投入研发力量,促进惠州与深圳总部实时沟通,不断改进产品的质量、稳定性等多项性能指标。杰普特这个国家级高新技术企业,将会吸引更多制造业人才来惠州兴业置业,共同促进深惠协同迈向新高度。落户惠州十余载,杰普特与仲恺高新区同进步、共成长,见证了这片产业孵化高地的新生与蝶变。“刚来设立分公司时,周边还比较荒凉。近几年,仲恺高新区已经形成一定程度的产业聚集,高新技术企业如雨后春笋般诞生,对科技人才的支持政策也日渐完善。这让我们有能力也有信心,把惠州分公司做大做强。”吴检柯表示,惠州拥有良好的营商环境,想企业之所想、急企业之所急,在公司科创板上市筹备期间,惠州相关部门就提供了不少帮助。“正因为如此,我们对公司在惠州的未来充满期待,相信深惠协同发展这条路子会越走越顺畅、越走越宽广!

来源:惠州日报

发布时间 : 2023-07-05

激光可用来发掘新的防弹材料?

一直以来,研究人员都在致力于寻找更好的防高速穿刺的新材料,但很难将有前景的新材料的微观细节与其在现实世界中的实际行为联系起来。


据《激光制造网》了解,《ACS Applied Materials & Interfaces》一篇文章表明,为了解决这个问题,美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员设计了一种新方法,使用激光发射的射弹和数据来帮助预测目标材料的微观特性和行为。具体做法是使用高强度激光以接近音速的速度向目标材料喷射微型弹丸,在这种情况下,目标材料是代表待测试的耐穿刺材料的聚合物薄膜。

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NIST 测试基于激光的方法向目标材料发射微弹。

在微观层面上分析粒子和测试的材料样品之间的能量交换,然后使用缩放方法来预测材料对更大高能射弹(例如子弹)的穿刺阻力。就这样,将测试与分析和缩放方法相结合,科学家们可以发现新的防刺穿材料。新方案减少了使用更大的弹丸和更大的样品进行一系列冗长的实验室实验的需要。

NIST 化学家Katherine Evans 解释说:“当您研究一种新材料的防护应用时,通过我们的新方法,我们可以更早地了解它的防护性能是否值得研究。”

在实验室实验中,合成少量的新聚合物可能是相当常规的,挑战在于扩大数量规模以测试其抗穿刺性——由新型合成聚合物制成的材料,扩大到足够的数量通常是不可能或不切实际的。

NIST 材料研究工程师 Christopher Soles 表示:“弹道测试的问题在于,在制造新材料时必须采取两个步骤。你需要先合成一种你认为更好的新聚合物,然后将其放大到公斤级别。这项工作的最大成就是,我们令人惊讶地发现,微弹道测试可以扩展并与现实世界的大规模测试联系起来。”

在研究过程中,研究人员使用他们的方法评估了几种材料,包括广泛使用的防弹玻璃化合物、新型纳米复合材料和石墨烯材料样品。

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LIPIT 使用激光发射的微弹瞄准聚合物薄膜薄层。

该测试方法称为 LIPIT,意思是“激光诱导弹丸冲击测试”。它使用激光将由二氧化硅或玻璃制成的微弹发射到感兴趣材料的薄膜中。通过激光烧蚀,激光产生高压波,将微弹材料推向样品。

研究人员首先使用该方法分析了一种称为聚合物接枝纳米颗粒聚甲基丙烯酸酯(npPMA)复合材料的纳米复合材料。它由二氧化硅纳米粒子组成,可用于包括防弹衣在内的广泛应用。激光以每秒 100 至 400 米的速度推动微弹射向目标材料,并使用摄像机测量其影响。

研究人员将在npPMA上获得的测量结果与额外的数学分析结合起来,同时结合研究文献中关于材料的现有数据,将微弹测试的结果与更大规模撞击中的影响联系起来。由于npPMA是一种新型材料,不容易制造,因此他们扩大了分析范围,将一种更常用的化合物(聚碳酸酯)纳入其中,该化合物被广泛用作防弹玻璃。

结合使用文献结果、尺寸分析和 LIPIT 的方法,研究人员能够证明材料的耐穿刺性与材料在断裂之前可以承受的最大应力(即失效应力)相关。这挑战了目前对弹道性能的理解,通常认为弹道性能与压力波如何穿过材料有关。

他们的新方法可以确定材料的强度极限,或者它可以承受多少应力和压力,而无需事先直接测量这些特性,这有助于优化在实验中选择哪些材料。这使得他们能够探索石墨烯等材料,这表明该材料的多个薄膜层可以用于抗冲击应用,类似于高性能聚合物。

对于下一步的计划,研究人员计划评估其他新型材料的防弹性能,并研究不同的类型和配置。他们还将改变微弹的尺寸并扩大其速度范围。


来源 : 激光制造网 作者: 老one 发布时间 : 2023-07-05

高效激光电弧复合焊在船舶汽车、轨道交通行业“乘风而上”

在当今的轨道交通、船舶制造等行业,中、大厚度的钢板焊接需求越来越多。近年来,为促进我国船舶工业发展,国家相继出台优先发展高技术船舶、高附加值船舶,加快船舶工业转型升级等政策,而且世界造船的趋势也向着大型化、多样、高档化发展。焊接技术是船舶加工制造以及船舶工业发展中的一项关键技术,焊接工时约占到建船总工时的30%~40%。焊接生产效率和焊接质量直接影响到船舶加工制造的生产周期、成本费用以及船体质量等。因此,高效优质的船舶焊接技术是实现我国船舶工业转型升级的重要影响因素,也是提高我国船企国际竞争力的重要因素。

另外,随着我国铁路列车行业的高速发展,列车的不断提速,作为轨道车辆重要部件的转向架承载了更大的动载荷,这对转向架技术提出了更高的要求,转向架构架在设计、材料、工艺上必须不断的发展进步以满足性能的要求,焊接接头的质量成为了保证转向架构架质量的重要环节之一,因此,更优化的焊接方法是必要条件。

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激光-电弧复合焊接应需而生


激光-电弧复合焊接作为一种新的焊接技术,它是利用激光和电弧作为双重热源,同时作用在同一熔池,形成激光引导并稳定电弧,电弧提高金属对激光吸收率,增强熔滴过渡桥接能力的一种焊接方法,充分发挥了激光焊和电弧焊的优势,又弥补了各自的不足。尤其是在中、大厚度的材料焊接方面,复合焊接技术具有更大的优势。因为传统的焊接方法会存在例如接头强度低、效率低、变形严重、焊材消耗量大等缺点;而且采用单激光焊接也存在一些不足,例如接头装配工艺要求高、焊接能力受激光功率的制约大、桥接能力差、焊缝咬边严重等。

激光-电弧复合焊作为一种新型的焊接方法,它具有以下三个显著特点:

(1)提高能量利用率,增加焊缝一次熔透深度、焊接速度;

(2)降低工件装配要求;

(3)提高焊缝质量,改善焊缝成型;
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激光-MIG复合焊接装置及方法示意图

激光-电弧复合焊接可实现1+1>2


激光-电弧复合焊接有多种形式,包括Laser-MIG复合焊接、Laser-TIG复合焊接、激光-等离子弧复合焊接等,其中现阶段常用的激光光源是光纤激光器和半导体激光器。

Laser-MIG复合焊接,有两个焊接热源,分别是激光和MIG电弧,单独作为热源焊接时均可形成有效熔池,但是熔池的特征不一样:激光焊接熔池的特征是“深而窄”,开口面积小,深度大,不利于焊缝成型;MIG电弧焊接熔池的特征是“浅而宽”,开口面积大,深度小,有利于焊缝成型,桥接能力强。

在Laser-MIG复合焊接过程中两个热源同时作用于母材,两个热源之间存在着相互影响,而且两个熔池之间也存在着相互影响,最终会形成一种新的复合熔池,该复合熔池同时具备激光熔池的“大深度”和电弧熔池的“大面积”,这种复合熔池的深度大、焊缝成型较好、桥接能力强,同时,因为MIG电弧焊接时有焊丝填充,并且焊丝种类可以选择,所以可以针对母材本身的性能缺陷,选择合适的焊丝添加到焊接过程中,从而在微观层面上对焊缝的抗裂性、抗疲劳性、耐蚀性、耐磨性等方面进行有目的性的改善。

除此之外,在整个焊接过程中,有两个热源作用于母材,其间的相互影响是能够增大熔深,实现“1+1>2”的效果,因此激光-电弧复合焊接的单次熔透能力会显著提高。最后,激光-电弧复合焊接可以实现多道堆叠焊接,可以实现大厚度材料的焊接,并且因为电弧的原因上下焊道以及侧壁的熔合能力非常强。

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焊缝示意图

应用领域广泛


随着激光-电弧复合焊接技术的发展,其应用范围越来越广泛,尤其是在国外应用较多,而在国内应用极少,具有广阔的前景,其应用的主要领域有以下几个:

01

船舶制造

近年来随着汽车轻量化发展需求,车身结构由空间框架转向铝复合车体方向。汽车铝车身主要采用激光焊接工艺,由于激光束的焦点直径小,对装配间隙精度要求高,因此,在生产过程中存在设备成本高、工件准备工序要求严格等问题。这些问题可以通过激光电弧复合焊来解决,如大众汽车辉腾系列车型所有的车门都采用了激光电弧复合焊接工艺,德国奥迪汽车中全铝车身关键部位的焊接也采用了激光电弧复合焊。
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焊缝成型图

02

汽车工业

在船舶建造中,船体的焊接工时约占总建造工时的30%~40%,焊接所需成本约占船体建造所需总成本的30%~50%。其中,因为焊接热输入量而导致的焊接变形校正所需成本增长占有相当比例。早在1994年,德国Meyer造船厂就开始使用激光电弧复合焊来生产由扁钢制成的夹芯板,作为腹板用于豪华邮轮甲板的制造。近年来,美国海军将激光电弧复合焊应用于多个船体构件建造中,比较典型的包括舰船管路焊接、T形梁焊接等的应用研究。在国内,外高桥造船厂、招商重工船厂、广船国际等均引进了德国IPG公司的激光电弧复合焊接设备;渤海造船厂、沪东船厂等均建成了激光电弧复合焊接工作站,将激光电弧复合焊接技术引入到船体制造中。
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大众汽车公司的Phaeton汽车车门焊接概况

03

工程机械行业

低合金高强钢具有较好的机械性能、良好的加工性能、较高的耐腐蚀性和较好的低温性能,在工程机械行业得到广泛应用。臂架是履带起重机的主要承载及作业构件,起着支撑、辅助变幅等作用,在整机安全和作业能力方面起着至关重要的作用,其材质一般采用低合金钢;汽车起重机伸缩臂也是起重机的重要部件,其材质一般采用低合金超高强钢。目前徐工、三一重工等吊臂焊接均采用激光电弧复合焊接工艺。该工艺可以稳定、高效地实现起重机吊臂主焊缝单面焊双面成形,焊缝接头拉伸性能和冲击性能满足相关工程应用标准,且该工艺对吊臂焊缝接头的间隙、错边等实际工况适应能力强,在实际的工程应用中可实现无坡口焊接,焊接速度可达1.2m/min。
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10mm厚Q345B单面焊双面成形

04

轨道交通行业

铝合金材质的车体是现代轨道交通车辆的一个发展趋势。焊接作为铝合金材质车体制造的关键工艺,其焊接质量和稳定性直接影响车体的焊缝静力强度与抗疲劳强度,进而影响着车体的结构完整性和运行安全性,同时也是轨道交通车辆进一步提速的制约因素。目前,中国中车多个生产基地均引入了激光电弧复合焊设备,用于车体铝合金部件焊接。
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青岛市地铁11号线

结论与展望


目前,对激光-电弧复合焊接缺陷的研究日益引发工业界和学者们的广泛关注,激光-电弧复合焊接相关研究将集中于以下几个方面;

(1)运用数值模拟手段对激光-电弧复合焊接缺陷加以分析与研究,突破缺陷检测方法的限制,为新工艺的开发提供坚实的理论依据。

(2)激光-电弧复合热源间等离子体的相互作用,需要在今后的试验探索中不断发掘,精确掌握激光-电弧复合焊接的优良性能,对于充分发挥复合焊接的技术优势具有显著影响。

(3)随着厚板焊接的不断兴起,焊接过程中缺陷问题不可避免,对焊接参数的不断摸索对于复合焊接厚板领域的技术突破具有重要意义。

激光焊接从最初的热传导激光焊到现在多场耦合的激光焊接研究,使得激光的应用领域不断扩大。激光器的创新也在不断进行,比如半导体激光器在光电转换效率上有所提升,而且能耗更低、光斑更加集中,逐渐成为新的激光器的发展趋势,星链激光也在不停研究新的激光设备。随着新型激光装备不断突破创新,可以预见在不久的将来,激光焊接技术的应用领域将不断应用于更多材料加工终端领域,助力中国制造业的产业升级。


来源 : 星链激光 发布时间 : 2023-06-06

专精特激光新企业正在加速出海

在机器中放入自己喜欢的图案,按动按钮稍作等待,一个鲜活的图形就这样被扫描进电脑。放入选好的材料,再按一次按钮,电光石火之后,切割好的该图形成品已然真实地出现在眼前……


如今,这样的场景已经不只出现在工厂车间,因为有了新技术的加持,越来越多的普通人也能拥有属于一台自己的激光切割设备。


位于山东省济南市高新区的金威刻科技发展有限公司的产品展厅里,两台放置于普通桌面的小型激光切割和打标机器,总能格外引起参观者的注意。距离这两台机器的不远处,各种材质用激光切割而成的工艺品鳞次栉比,令人目不暇接。


2021年,这家企业一改往常激光切割设备面向工业制造领域的产品思路,以家庭和学校用户的需求为着眼点,开发出了全新的消费电子类产品。


“为了保证使用者的安全,我们给这类产品设置了工作时的‘开盖即停’功能。为了方便使用者操作,除了以往通过计算机直接导入图形信息的方式以外,产品也增加了通过扫描一键导入图像信息和一键设备启动等新的功能。”金威刻海外营销中心总监李岩告诉《中国贸易报》记者,这些产品目前已经成功打入部分欧美国家的消费市场,成为企业效益增长新的增长点。“我们预计,消费电子产品的销售额在今年有望突破8000万元。”


近年来,我国不断加大专精特新企业培育力度,推动专精特新企业在产业基础领域补短板、锻长板。


记者了解到,截至去年10月,工业和信息化部培育了四批共计8997 家专精特新“小巨人”企业,带动全国范围认定省级专精特新中小企业7万多家。专精特新“小巨人”企业主要集中在制造业,四批专精特新“小巨人”企业中的制造业企业占比约90%,其次是软件和信息技术服务业。从地域上看,专精特新“小巨人”企业数量排名前四的分别是浙江省、广东省、山东省和江苏省。


作为中国企业中的佼佼者,近年来专精特新企业也为推动中国外贸出口高质量发展作出了贡献。


2004年,济南金威刻科技发展有限公司正式成立。到如今,这家企业已经拥有生产基地面积超过200000平方米。19年的不断发展,为这家公司积累起了一支近1300余人的员工队伍。其中,研发团队超过200人。企业获得的产品和技术授权专利多达160余项。


2022年8月,济南金威刻科技发展有限公司荣获第四批国家级专精特新“小巨人”荣誉称号。目前,该公司生产的产品超过一半用于出口,产品远销美国、加拿大、澳大利亚等180多个国家和地区。同时,该公司还为全球30多个厂家提供OEM代工服务,企业全年出口额近10亿元。


根据工业和信息化部中小企业发展促进中心此前发布的《数字化助力专精特新中小企业国际化发展路径探索及研究报告》,“走出去”已经成为不少专精特新企业的共识,约有86%的专精特新中小企业制订了明确的国际化计划。


李岩告诉记者,为了帮助企业站稳脚跟,该公司将全产品生命周期的多维度、全方位系统化服务作为海外发展的特色竞争力。“依托遍布全球的300余名售后服务工程师,我们建立了30分钟快速响应、24小时全天候、线上线下全线覆盖的售后服务体系,为全球180多个国家和地区的客户提供帮助。”李岩说。


产业集聚、话语权稳步提升


今年5月,山东省工业和信息化厅公布了全省2023年度专精特新中小企业名单。当地激光行业的另一家翘楚——济南新天科技有限公司通过复核再次上榜。与之共列榜单的,还有另外4527家中小企业。


也许只是一种巧合,济南新天科技有限公司同样成立于2004年。作为一家专业的定制化激光工业应用解决方案提供商,济南新天科技有限公司始终致力于激光切割机、打标机、焊接机、清洗机以及配套自动化系统等激光工业设备的研发、生产与销售。


2022年,济南新天科技有限公司业绩同比增长60%,销售网络覆盖全国各地主要城市,并出口亚洲、欧洲、北美洲在内的160余个国家和地区。


济南新天科技有限公司销售负责人张蔷表示,从小型激光打标机到超高功率大幅面激光切割机、三维机器人、精密切割,再到激光应用解决方案及自动化柔性生产线……该公司实现了激光设备转型升级。“我们始终将产品和市场相结合,既要满足全球市场需求,又能引领激光工业应用产业升级发展,才能保障企业持续快速发展。为此,我们将‘引进来’和‘走出去’的理念相结合,不断发掘不同行业客户,在互联网大数据下进行研究分析,在全球市场一线走访交流,然后升级产品和服务,为全球各地的用户提供最优的产品和技术解决方案。”


除了上述这些企业以外,伴随着不断发展壮大,一些专精特新企业在行业中的影响力也在与日俱增。2020年,山东力诺特种玻璃股份有限公司被山东省工业和信息化厅认定为山东省专精特新中小企业;2021年11月,该公司经中国证监会与深圳交易所批准正式登陆创业板。


作为一家以玻璃新材料为主导产品的高新技术企业,从1995年成立以来,山东力诺特种玻璃股份有限公司始终专注于硼玻璃技术研发与应用。目前,该公司已经成为全球规模最大的耐热玻璃生产基地之一和国家级制造业单项冠军企业,拥有4个国家级创新平台、90多项专利技术和1000余位员工,参与起草了药用玻璃管、微波炉用玻璃托盘、高硼硅耐热玻璃保鲜盒等多项国家标准和行业标准。主营餐厨玻璃、家电配套等产品,拥有乐扣、双立人、科斯塔可等知名企业客户。2022年前三季度,山东力诺特种玻璃股份有限公司总资产为15.7亿元,实现营业收入5.69亿元。


根据山东省工业和信息化厅等5部门日前联合印发的《山东省制造业创新能力提升三年行动计划(2023—2025年)》,到2025年,山东省将努力推动培育专精特新中小企业1万家,专精特新“小巨人”企业1000家左右,省级以上制造业单项冠军企业达到1000家左右。


近年来,我国专精特新企业出海方兴未艾。然而,有行业调查也显示这一过程同样充满挑战。


根据《数字化助力专精特新中小企业国际化发展路径探索及研究报告》,我国专精特新中小企业国际化需求强烈,但普遍面临着国际化人才和海外销售渠道缺乏、国际物流成本高等困难。受此影响,专精特新中小企业产品出口对第三方服务机构依赖性较强。


在此背景下,数字化外贸服务平台正在成为推动我国专精特新中小企业产品出海的重要力量。


山东领品机械科技有限公司是一家以激光切割设备为特色的企业,过去3年借助跨境电商新通道该公司年营业额从1000万元增长到2.5亿元。该企业负责人张杰表示,通过阿里巴巴国际站等跨境电商平台,企业接触到了全球客户,海外买家在线了解工厂实力、产品详情和销售数据,得以快速建立信任、达成合作。山东乐和家日用品有限公司早在2018年就通过阿里巴巴国际站将旗下玻璃收纳器皿、保鲜盒、玻璃烤盘等产品出口到海外市场。据其外贸电商部负责人王园园介绍,短短4年过去,阿里国际站业务已占公司跨境电商业务的90%。


在张蔷看来,跨境电商让外贸的成单周期大幅缩短,以往公司传统客户成单大约需要40至50天时间,但是跨境电商的成单周期普遍只要30天左右。跨境电商借助视频化的形式,可以帮助客户一目了然地了解产品生产工艺和企业生产流程,给海外买家足够的信任感。


李岩则表示,以阿里巴巴国际站为代表的跨境电商平台为企业发展提供了很多帮助。“首先,最直接的就是成交,通过阿里巴巴国际站,金威刻拿到了更多的客户资源。其次,通过阿里巴巴国际站,金威刻企业的海外品牌知名度不断上升。再次,阿里巴巴国际站也给我们公司员工业务能力以及运营能力方面带来了很多实质性的帮助。此外,还有其他很多细节方面的助力,比如在跨境收款、跨境物流等方面。”


通过与阿里巴巴国际站等跨境电商平台的持续合作,济南金威刻科技发展有限公司的客户群体如今正在覆盖越来越多的国家和市场。今年,济南新天科技有限公司也在跨境电商平台上加大了投入。该公司发现,客户群体年轻化趋势已经越发明显,这些客户更倾向于通过线上渠道完成下单。


在今年3月举办的中小企业“专精特新—行业领袖”高质量发展主题峰会上,山东省商务厅对外贸易处处长、二级巡视员王红介绍,2022年山东省进出口实现了3.33万亿元,再创历史新高,同比增长13.8%。其中出口突破了2万亿元,增长16.2%,增速在全国前6大外贸省市中居首位。跨境电商已经成为拉动山东省外贸进出口增长的重要力量,全省跨境电商进出口总额突破了3000亿元。


也是在这次峰会上,阿里巴巴国际站北方大区正式以常务理事身份,加入中国中小企业国际合作协会,参与数字化治理工作委员会工作,与委员会其他成员共同探索专精特新企业的数字化出海之路。



来源 : 中国贸易报 发布时间 : 2023-05-31

腾景科技拟设立南京分公司进行衍射光学技术研究与相关产品开发

5月30日,腾景科技公告称,公司拟在南京成立分公司,具体承担研究开发纳米压印衍射波导片的职能。通过分公司的设立,能够有效利用当地人才、行业等资源优势,进行衍射光学技术研究与相关产品开发。


同日,公司公告显示为丰富公司晶体及器件的产品品类,拓展激光和生物医疗的光学业务,公司拟与安徽晶湖创业投资合伙企业(有限合伙)共同出资3000万元设立控股子公司合肥众波功能材料有限公司,并由拟设立的控股子公司负责开展实施“合肥功能晶体材料与器件建设项目”。


腾景科技成立于2013年10月,专业从事各类精密光学元组件、光纤器件研发、生产和销售,产品主要应用于光通信、光纤激光等领域,其他应用领域包括量子信息科研、生物医疗、消费类光学等。凭借在光学光电子领域深厚的技术沉淀,突破并掌握积累了多项核心技术,建立了“光学薄膜类技术”、“精密光学类技术”、“模压玻璃非球面类技术”、“光纤器件类。技术”、“衍射光学类技术”五大类核心技术平台,涵盖了光电子元器件制造的主要环节,形成了从光学元件到光纤器件的垂直整合能力和紧密联系的技术体系。


2023年第一季度公司营收约7783万元;归属于上市公司股东的净利润约654万元;基本每股收益0.05元。2022年营业收入为3.44亿元,同比增长13.74%;归母净利润5838.51万元,同比增长11.67%。2022年度受到疫情反复、全球经济增速放缓等宏观因素影响,光纤激光下游行业资本开支放缓,传导至高功率光纤激光元器件市场需求较为疲软;但是光通信元器件市场保持较高的景气度,主要原因是国内外大力发展以大数据、云计算、固网接入网等为代表的数字经济。


来源 : 腾景科技 发布时间 : 2023-05-31

前沿 | 激光物理学家直接观察光注入后的第一个飞秒

激光脉冲撞击固体中的电子。如果它从光波中接收到足够的能量,它就可以在固体中自由移动。这种自量子力学诞生以来科学家们一直在探索的现象被称为光注入。关于相关过程如何及时展开,仍然存在悬而未决的问题。

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LMUattoworld团队和马克斯普朗克量子光学研究所的激光物理学家现在已经直接观察了硅和二氧化硅的光学特性在用强激光脉冲进行光注入后的最初几飞秒(十亿分之一秒的百万分之一秒)中是如何演变的。


当涉及到阿尔伯特·爱因斯坦解释的光电效应时,这种光注入的物理学相对简单。在这里,电子吸收单个光子,该光子具有足够的能量,可以将电子从限制其运动的电位中释放出来。当光波中没有光子有足够的能量这样做时,情况会变得更加复杂。在这种情况下,结合的电子可以通过一次吸收多个光子或通过量子隧穿而变得自由。这些是非线性过程,只有在电场很强时才有效,这意味着只有激光脉冲的中心部分才能有效地驱动它们。

新型扫描技术

借助阿秒科学的工具,可以在光脉冲的单个半周期内产生大多数电荷载流子,从而在短短几飞秒内将固体的电导率提高几个数量级。LMU和马克斯普朗克量子光学研究所的attoworld团队的激光物理学家研究了超快光注入后固体改变其光学特性的速度。为此,他们通过薄样本发送了两个短周期脉冲:产生电荷载流子的强泵浦脉冲和与它们相互作用的弱测试脉冲。
由于光注入被限制在短于测试场半个周期的时间间隔内,因此可以观察到电荷载流子在出现后的第一个飞秒内如何与测试场相互作用。该信息被编码在光注入印在测试脉冲的瞬态电场上的失真中。科学家们使用一种新颖的光场采样技术测量了这些失真,并重复测量了两个脉冲之间的许多延迟。
光学场分辨泵浦探头测量的创新技术现在使attoworld团队能够在光注入期间和之后直接访问光驱动的电流。“最重要的结果是,我们现在知道如何进行和分析这样的实验,而且我们确实看到了光驱动的电子运动,这是以前没有人能做到的,”发表在《自然》杂志上的这项研究的最后一位作者弗拉迪斯拉夫·雅科夫列夫说。
“我们惊讶地发现没有明显的准粒子形成迹象,”雅科夫列夫进一步解释道。“这意味着,在这些特定的测量中,多体物理测量对光注入后介质的电导率如何建立没有太大影响,但我们可能会在未来看到一些更奇特的物理学。
所有现代电子产品都基于通过快速增加和减少电荷载流子在电路中移动的能力来控制电荷载流子的流动。attoworld团队的研究是关于使用光达到这种控制的最终速度极限。新发现最终可能有助于实现佩赫兹范围内的未来信号处理,使所谓的光波电子成为可能。这将使今天的电子产品加速约100万倍。
“我认为,我们只是触及了泵浦探头现场分辨测量可以做的表面。有了我们的经验和见解,其他研究人员现在可以使用我们的方法来回答他们的问题,“雅科夫列夫说。


来源 : 激光网 发布时间 : 2023-05-29

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