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Burst激光毛化與光纖激光毛化技術對比

導讀:隨著汽車工業、家電業及建材行業的快速發展,普通冷軋帶鋼已經無法滿足上述領域對于冷軋薄板質量的要求,市場對高質量表面毛化冷軋板的需求越來越大。軋輥表面激光毛化技術經過30多年的發展,由凱瑞迪激光主導的Burst激光毛化技術于2014年取得了重大突破,徹底解決了無序毛化和宏觀均勻的瓶頸,成功應用于以寶鋼股份為代表的高端冷軋企業。經過3年的設備推廣使用,Burst激光毛化設備在同類產品中市場占有率第一,已成為唯一可以媲美電火花表面毛化技術的軋輥表面毛化解決方案。

針對現有市場現有的仿無序光纖激光毛化技術與Burst激光無序毛化技術詳細對比如下:

一、?毛化技術原理

1.1 Burst激光毛化技術

Burst激光毛化技術的技術核心是Burst激光器,通過利用特殊設計的Burst發生器,使激光器在脈沖調制周期內產生一連串的脈沖串組,其中每個大脈沖串組由一連串很小的脈沖組成,如圖1所示。Burst激光器可獲得高重復頻率、高脈沖串組能量的脈沖串激光輸出,特別適合應用于冷軋輥表面毛化加工。

無序毛化技術最核心的工藝是通過脈沖串組中不同激光脈沖時間和空間分布在10μs時間內和0.2mm范圍內重復加工,從而使每個激光毛化點的形貌都是雜亂不規則的,可從根本上避免了激光毛化技術毛化點“有序”的特點。Burst激光毛化設備加工的冷軋輥表面形貌如圖2所示,既實現了冷軋輥表面無序毛化,又保證了冷軋輥表面毛化粗糙度的均勻性。
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圖1典型單個脈沖串波形圖

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圖2 Burst激光毛化微觀效果

1.2 電源調制光纖激光毛化技術

電源調制光纖毛化技術采用的是SPI400W或IPG400W光纖激光器為激光源,直接通過電源調制占空比輸出寬脈沖激光,通過控制激光脈沖的調制頻率和脈寬使激光毛化點在軋輥圓周方向的點陣排列不均勻而破壞軋輥圓周方向螺旋線的規則性。其典型激光毛化效果如圖3所示,為了保證冷軋輥表面粗糙度的均勻性,使用低占空比和相對穩定的調制頻率,結果導致宏觀出現螺旋線。圖4是在完全不考慮冷軋輥表面粗糙度均勻性的情況下,采用非常大的調制頻率范圍和反復隨機重復毛化的工藝情況下獲得的微觀形貌效果,微觀無序,但宏觀均勻性非常差。從激光毛化工藝的角度來看,仿無序光纖激光毛化技術無法解決激光毛化點的規則性問題,單純靠犧牲冷軋輥表面均勻性而模仿無序效果只能用于最低端的產品。除了激光毛化效果不佳外,調制式光纖毛化的形貌普遍是橢圓形,嚴重影響了鋼板兩個方向的一致性,同時存在加工效率低的缺陷,無法滿足中高端板材的應用需求。

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圖3?典型光纖毛化效果

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圖4?極度不均勻光纖毛化效果

二、?設備對比:

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Burst激光毛化設備與光纖激光毛化設備對比說明如下:

1、毛化工藝:?Burst激光毛化設備單個脈沖串中包含有6~8個小脈沖,這些小脈沖同時作用于一個毛化點,從而產生無序的毛化點,這樣既能做到無序毛化,有保證了表面粗糙度的均勻性。光纖激光毛化技術是通過把規則有序毛化點進行分布組合、搭接、疊打等方式實現微觀仿無序效果,但這種方式犧牲了宏觀粗糙度的均勻性,只能滿足于低端板材使用。

2、加工效率:光纖激光毛化設備的加工效率遠遠低于Burst激光毛化設備。

3、過鋼量:由于400W左右的光纖激光器本身激光功率低,經電源調制后激光占空比較大,導致毛化加工峰值功率密度低,所以激光毛化時剛處于軋輥表面熔化臨界點,無法實現激光淬火,而是通過“硬燒”的辦法反復對軋輥表面進行加熱,從而破壞軋輥表面的結構,降低軋輥表面碳原子的含量,從而使軋輥表面的硬度很軟。

4、設備穩定性:Burst激光毛化設備是針對毛化工藝本身需求脈沖的方式進行設計,外腔體全部封裝,設計整密,大大降低對使用環境的要求。光纖激光毛化設備對環境溫度要求高,主要是因為光纖激光器沒有放置在專用空調房,只要有溫度驟變,激光器都會出現功率衰減,從而導致整體設備穩定性下降。

5、設備維護Burst激光器的維護成本非常低,平均每年在3萬元人民幣以內,維護簡單,故障可在客戶端現場進行維修;而光纖激光器的維護成本較高,每年平均12萬元人民幣以上(光纖激光器故障大修需要返廠,周期45天以上,嚴重影響正常生產)。

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