大功率光纤激光在高铁制造业的应用(图)
http://www.weld21.com 2012-12-24 13:14 来源:中国北车唐山轨道客车

作者:牛鑫成 陈国华 文国强

  中国北车唐山轨道客车有限责任公司(简称唐车公司)始建于1881年,是********家轨道装备制造企业。在跨越三个世纪的发展历程中,唐车曾制造出********台机车——“中国火箭”号,********辆客车——“銮舆龙车”,研制了********辆货车、第一辆轨道检查车、第一辆特种车和第一辆高级公务车,创新开发出********列双层内燃动车组、第一列摆式列车、第一列70%低地板轻轨车、第一辆常导中低速磁悬浮列车……创造了一批又一批领先于国内外同时代的机车车辆,为中华民族培养了一批又一批坚韧有为的铁路工业栋梁。

  2008年,拥有完全自主知识产权的国产首列时速350公里“和谐号”CRH3动车组在唐车下线,中国由此成为世界上仅有的几个掌握时速350公里高速铁路装备技术的国家之一。CRH3动车组为8辆编组,采用电力牵引交流传动方式,牵引、制动、网络控制等技术先进、成熟可靠,达到世界先进水平,被温家宝总理誉为“国家名片”。2010年,唐车进一步自主创新研制出国产新一代“和谐号”CRH380BL动车组,最高运营时速达380公里,采用16辆长编组,全车定员1043人,在运营速度、安全可靠性、舒适性、节能环保等技术指标以及全寿命周期成本等经济指标方面达到********水平。2011年1月9日,CRH380BL动车组在京沪高铁运行试验中,创下了每小时487.3公里的“世界铁路运营试验最高速”,验证了其技术先进、性能可靠。截至2011年底,党和国家领导人、各国政要和国内外旅客1亿多人次乘坐CRH3动车组和CRH380BL动车组体验“中国速度”。

  唐车拥有******企业技术中心、国家工程实验室,是科技部命名的国际科技合作基地。先后通过了ISO9001质量管理体系、ISO14001环境管理体系、GB/T28001职业健康安全管理体系认证和EN15085-2国际焊接体系认证。依托科技部与铁道部《中国高速列车自主创新联合行动计划》的有力支撑,实施“国家863计划”产学研用合作方式,积极承担863课题2项、国家科技支撑课题5项,建立起具有自主知识产权、时速350公里以上、国际竞争力强的中国高速列车标准体系和技术体系,具备高速动车组系统集成、铝合金车体、转向架、网络控制系统等关键技术的自主创新能力。适应轨道装备现代化需要,唐车构建了以铝、钢材质为主导的2条车体生产线,形成了由高速动车组、城轨车、中低速普通客车、特种车4个系列的产品体系,制造技术平台设备通用化、工装柔性化、模具专业化,工艺先进完备,铝合金车体、组装生产线,调试试验线的技术和规模都达到了世界一流水平。唐车先后为长春轻轨、北京地铁13号线、天津地铁1号线批量提供了先进、高档、成熟、可靠的新型城轨车辆,给人提供了快捷舒适的出行体验。

  作为高铁领航企业,2012年之前公司先后选购了世界著名公司生产的的焊接切割设备:奥地利IGM焊接机器人、福尼斯数字化焊机、德国梅塞尔等离子切割机、通快CO2激光切割机;


   因高速动车组试验线及制造能力提升建设项目,2012年公司领导作出英明决策:一次性采购四台世界******的德国梅塞尔大功率光纤激光切割机;经过几个月的应用,体现出光纤激光的节能、简单,经济、高效的特点:

一、光纤激光-工作原理:

 
  1、二极管泵浦固体发光;
  2、表面大,冷却效果好,实现大功率泵浦;
  3、光纤内核<50μm直径,可以做到50KW。

二、光纤激光--模块结构:


  1、最好的光束质量-适合多种应用;
  2、高度集成化,一致性的设计;
  3、高强度机械结构,抗震动和灰尘影响;
  4、对环境温度要求不高;
  5、没有镜片耗材;
  6、单芯结泵浦源,无需半导体阵列;
  7、可产生单模光束M2 < 1.05;
  8、不易受外界温度干扰;
  9、稳定的300-4000W输出;
  10、波长1070nm,电光转换率(DC)> 25%。

三、光纤激光-特点:

  1、功率改变对光束质量影响不大;
  2、光束对聚焦镜片的影响非常小;
  3、高转化率》25%,大幅度降低电能消耗;
  4、光纤传导无需清洁预留气体,非常简单的光路系统;
  5、碳钢及铝、铜的吸收效率比CO2高3~4倍;
  6、取消外光路和激光气体,运行成本非常低;
  7、结构简便、紧凑,几乎没有任何维护;
  8、取消待机消耗和预热时间,大大提高加工效率;

四、激光光路-光纤激光/CO2激光:

   
光纤光路


CO2光路


五、光纤应用优点:

  1、数控系统品质高、稳定性高、操作性好;
  采用所见即所得的触摸屏模式,所有的切割参数均集成在内置的专家数据库中,对操作人员的要求大大降低。三步即可完成切割操作:选择切割程序、载入数据库(根据钢板厚度及材质)、切割。

  2、切割幅面大;
  传统的气体激光切割机受到光路的限制,很难做到大幅面。即便是做到了,也大大增加系统的复杂性和不可靠性。

  3、占地面积小;
  厂房资源往往是稀缺及昂贵的,梅塞尔的光纤激光切割机的整体占地面积只有传统气体激光切割机的1/2。

  4、切割品质好,且稳定;
  由于影响切割质量的因素已经大大减少,且多处于受控状态,所以保持切割质量已经是比较容易的了。即便是新手,也很容易切割出高品质的产品。

  5、维护简单;
  从光纤激光切割机的整体布局就可以看出,光纤激光切割机的附属设备少且多是免维护设备,整体结构非常简洁。从而MTBM(Mean Time Between Maintains)大大提高。

  6、运行成本低;
  光纤激光切割机的运行成本非常低,主要是因为:整体功耗低,消耗品少,维护少,无需激光气体,无需光路预流气体。从而整体的运行成本仅相当于相同切割能力的CO2 激光切割机的20%。

  7、梅塞尔是世界大功率大幅面激光切割机的世界领导者,切割经验非常丰富,能够根据客户的需要提供****的解决方案。

  8、光纤激光切割机的一大优点是它符合了时代的需求。绿色环保不但是一种要求,更是一种生活方式,是中国政府的庄严承诺。在哥本哈根气候变化大会前夕,中国向世界做出了负责任的承诺。

  9、到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。光纤激光切割机就完全符合低碳环保的要求,可以在这个过程中发挥它的作用,节约1度电可以折算节省(用于发电的)标煤0.35kg;也可以折算燃煤发电的二氧化碳排放减少0.9kg。购买一台光纤激光切割机相当于节约标煤(每年):0.35*(262080-70761.6)= 66,961.4 Kg;相当于减少CO2 排放:0.9*(262080-70761.6)=172186.56公斤= 172.18656吨。

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