CN115673558A - 一种复合激光器***及用复合激光器***除漆的方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合激光器***及用复合激光器***除漆的方法与应用。涉及激光技术领域。复合激光器***，包括光纤激光器和半导体激光器；其中，上述光纤激光器的波长大于上述半导体激光器的波长；其中，上述光纤激光器的焦距与上述半导体激光器的的焦距相差20‑30mm。在光纤激光器和半导体激光器两者的协力之下，剥漆后的工件表面，即使放大100倍，也不存在残留的激光纹路，表明本发明的装置不会对工件基材有损耗。

Description

一种复合激光器***及用复合激光器***除漆的方法与应用

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其是涉及一种复合激光器***及用复合激光器***除漆的方法与应用。

背景技术

传统的漆包线剥皮方式有化学除漆、火焰除漆、机械除漆等，这些方式存在导线损伤、去除不干净和环境污染等问题。激光除漆利用高能量密度激光照射到漆包线指定的位置(如焊接区)，其表面的绝缘层吸收能量气化，露出铜材。激光加工具有无耗材、非接触、操作灵活等优势，还便于实现自动化。

目前常见的扁平漆包线激光剥漆使用的是CO₂激光器和短脉冲光纤激光器(MOPA激光器)。其中，使用波长为9200nm-10600nm的CO₂激光器进行剥漆的时候，由于铜基材对于该波长的光吸收率极低，甚至基本不吸收，因此采用CO₂光源进行剥离时不会伤害到基材，且剥离后表面呈现非常光滑的亮面。但剥离后的铜基材上可能会附着一层致密的绝缘薄膜，使用测电笔测试剥离面时，会出现不导通的状态。此外，CO₂激光器受限于其波长问题，很难通过光纤传输，对工业应用造成一定的困难。其中，使用波长为1060-1080nm的MOPA激光器进行剥离，铜对近红外光吸收率要比远红外光的高，在对绝缘漆进行消融剥离时，同时也会对铜基材造成少量损伤，剥离后的表面为毛糙面。剥漆后铜外露氧化，端部呈现一定的色差。此外，MOPA激光器的聚焦光斑小，当能量密度高于绝缘漆的消融阈值时，绝缘漆因吸收了大量的能量后会形成急剧膨胀的等离子体(高度电离的不稳定气体)，产生冲击波，冲击波使得漆层变成碎片并被剔除。同时由于MOPA激光能量在高于绝缘漆的消融阈值的同时也高于铜基材的消融阈值，因此也会形成冲击波对基材产生一定程度的损伤。

因此，亟需一种新型的激光器及除漆方法以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：

提供一种复合激光器***。

本发明所要解决的第二个技术问题是：

提供一种用所述的复合激光器***除漆的方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是：

所述复合激光器***的应用。

为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种复合激光器***，包括光纤激光器和半导体激光器；

其中，所述光纤激光器的波长大于所述半导体激光器的波长；

其中，所述光纤激光器的焦距与所述半导体激光器的的焦距相差20-30mm。

根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

1.在所述复合激光器***的实际运行当中，半导体激光器发射的半导体激光束先作用于工件表面，起到预热缓冷的作用；光纤激光器发射的激光束后作用于工件表面，起到剥漆作用。具体的，半导体激光作为热传导输出，使待剥离的漆层吸收能量后急剧膨胀，形成热膨胀压力，从而降低与绝缘漆层的结合力，并产生气化、等离子云。当光纤激光器输出高能脉冲束时，产生的振动冲击波将漆层击成碎片并剔除。在两者的协力之下，剥漆后的工件表面，即使放大100倍，也不存在残留的激光纹路，表明本发明的装置不会对工件基材有损耗。

2.在本发明的复合激光器***中，所述光纤激光器的焦距与所述半导体激光器的的焦距相差20-30mm，优选为25mm。本发明通过离焦的方式，减弱其中一束激光对铜材的作用效果，避免两束激光在加工面上同时作用带来的二次损伤。得益于此种光束拟合方式，在实际使用复合激光器***时，能保证除漆的同时也避免了搭接产生的不良效果，同时本发明复合激光器***处理后的工件，无须进行螺旋清洗，工件无需转动，可按直线轨迹偏移进行清洗，这大大降低了人工成本和清洗旋转轴的控制成本。

3本发明复合激光器***，包括光纤激光器和半导体激光器，且所述光纤激光器的波长大于所述半导体激光器的波长，并限定所述光纤激光器的焦距与所述半导体激光器的的焦距相差20-30mm。在使用时，双光束作用下，光纤激光器的激光用更小的能量便可达到预热后的绝缘漆层的消融阈值，从而保护基材不受损伤，同时也提升了剥漆的效率，减少了工业应用中的耗能。

根据本发明的一种实施方式，所述复合激光器***还包括准直***和特制扫描聚焦***。所述特制扫描聚焦***控制所述光纤激光器的焦距与所述半导体激光器的的焦距相差20-30mm。

根据本发明的一种实施方式，所述光纤激光器的波长为1060-1080nm；所述半导体激光器的波长为900-915nm。

根据本发明的一种实施方式，所述光纤激光器包括短脉冲光纤激光器(MOPA)。

为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用所述的复合激光器***除漆的方法，包括以下步骤：

调整所述复合激光器***，使得所述光纤激光器的焦距与所述半导体激光器的的焦距相差20-30mm；

将所述半导体激光器的激光作用于工件表面，随后再将所述光纤激光器的激光作用于工件表面。

根据本发明的一种实施方式，所述复合激光器***的脉冲功率百分比大于等于80％。当脉冲功率大于等于80％，能够使得经所述复合激光器***剥漆后的工件表面上不会残留漆。

根据本发明的一种实施方式，所述复合激光器***的脉冲离焦量为0mm。脉冲离焦量以0离焦为界限，脉冲正离焦会导致半导体激光器的焦距接近0，过大的热量会使得铜面变黑；脉冲负离焦时，由于能量不足以将漆气化，因此漆层会呈现青色。其中，由于本发明的所述光纤激光器的焦距与所述半导体激光器的焦距相差20-30mm，所以复合激光器***的脉冲离焦量的大小，需要将上述焦距差考虑进去。

根据本发明的一种实施方式，所述复合激光器***在使用时，工件输送的平台速度小于等于5mm/s。当平台进给速度高于5mm/s后，经所述复合激光器***剥漆后的工件表面上会有一层类似薄膜状的残留物，使得剥漆效果大打折扣。

根据本发明的一种实施方式，所述复合激光器***在使用时，扫描速度大于等于8000mm/s。当扫描速度低于8000mm/s时，经所述复合激光器***剥漆后的工件表面上会产生明显色差。

根据本发明的一种实施方式，所述复合激光器***的脉冲频率为20-30KHz。

本发明的另一个方面，还涉及所述复合激光器***在除漆中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的复合激光器***。由于该应用采用了上述复合激光器***的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为实施例1-6的复合激光器***的装置示意图；

图2为实施例1-6的复合激光器***的焦距设置示意图；

图3为实施例1-6的复合激光器***除漆时的原理示意图；

图4为经实施例1的装置和方法处理后的铜质工件表面图；

图5为经实施例1的装置和方法处理后的铜质工件表面放大图；

图6为经实施例2的装置和方法处理后的铜质工件表面放大图；

图7为经实施例3的装置和方法处理后的铜质工件表面放大图；

图8为经实施例4的装置和方法处理后的铜质工件表面放大图；

图9为经实施例5的装置和方法处理后的铜质工件表面放大图；

图10为经实施例6的装置和方法处理后的铜质工件表面放大图；

图11为经对比例的装置和方法处理后的铜质工件表面放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1-6都包括一种复合激光器***，具体包括光纤激光器和半导体激光器；

其中，上述光纤激光器的波长大于上述半导体激光器的波长；

其中，上述光纤激光器的焦距与上述半导体激光器的焦距相差25mm。

其中，上述光纤激光器的波长为1064nm；上述半导体激光器的波长为915nm。

其中，光纤激光器为短脉冲光纤激光器。

其中，上述复合激光器***的装置示意图如图1所示。

其中，上述复合激光器***的焦距设置示意图如图2所示。

一种用上述的复合激光器***除漆的方法，包括以下步骤：

调整上述复合激光器***，使得上述光纤激光器的焦距与上述半导体激光器的的焦距相差25mm；

将上述半导体激光器的激光作用于工件表面，随后再将上述光纤激光器的激光作用于工件表面。

其中，用上述的复合激光器***除漆的方法中，上述复合激光器***作用于铜质工件表面以除漆的原理如图3所示。

实施例1-6和对比例的方案，都参考上述复合激光器***除漆方法对工件表面进行除漆，除漆的具体参数如表1所示。

表1

其中，实施例2与实施例1的区别仅在于：光纤激光器脉冲功率百分比不同。其中，实施例1的光纤激光器脉冲功率百分比为80％，实施例2的光纤激光器脉冲功率百分比为70％。

其中，实施例3与实施例1的区别仅在于：平台速度不同。其中，实施例1的平台速度为5mm/s，实施例3的平台速度为6mm/s。

其中，实施例4与实施例1的区别仅在于：扫描速度不同。其中，实施例1的扫描速度为6000mm/s，实施例4的扫描速度为8000mm/s。

其中，实施例5与实施例1的区别仅在于：脉冲离焦量不同。其中，实施例1的脉冲离焦量为0mm，实施例5的脉冲离焦量为1mm。

其中，实施例6与实施例1的区别仅在于：脉冲离焦量不同。其中，实施例1的脉冲离焦量为0mm，实施例5的脉冲离焦量为-1mm。

其中，对比例与实施例1的区别仅在于：对比例的装置，不包括半导体激光器。

性能测试：

观察经实施例1的装置和上述方法处理后的铜质工件表面，如图4所示，发现铜质工件表面完全无损伤。进一步的，如图5所示，在光学显微镜放大100倍下观察截面效果，发现对铜质工件表面损伤极小。

观察经实施例2的装置和上述方法处理后的铜质工件表面，如图6所示，在光学显微镜放大100倍下观察截面效果，发现剥漆后铜表面上仍有清晰的漆残留。

观察经实施例3的装置和上述方法处理后的铜质工件表面，如图7所示，在光学显微镜放大100倍下观察截面效果，发现剥漆后铜表面上会有一层类似薄膜状的残留物。

观察经实施例4的装置和上述方法处理后的铜质工件表面，如图8所示，在光学显微镜放大100倍下观察截面效果，发现铜面会产生明显色差。

观察经实施例5的装置和上述方法处理后的铜质工件表面，如图9所示，在光学显微镜放大100倍下观察截面效果，发现脉冲正离焦会导致过大的热量，并使得铜面变黑。

观察经实施例6的装置和上述方法处理后的铜质工件表面，如图10所示，在光学显微镜放大100倍下观察截面效果，发现脉冲负离焦时，由于能量不足以将漆气化，因此漆层会呈现青色。

观察经对比例的装置和上述方法处理后的铜质工件表面，如图11所示，在光学显微镜放大100倍下观察截面效果，发现经单一的MOPA激光器剥漆后，能清楚看到铜表面残留激光纹路，对基材有一定损伤。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合激光器***，其特征在于：包括光纤激光器和半导体激光器；

其中，所述光纤激光器的波长大于所述半导体激光器的波长；

其中，所述光纤激光器的焦距与所述半导体激光器的的焦距相差20-30mm。

2.根据权利要求1所述的一种复合激光器***，其特征在于：所述复合激光器***还包括准直***和特制扫描聚焦***。

3.根据权利要求1所述的一种复合激光器***，其特征在于：所述光纤激光器的波长为1060-1080nm；所述半导体激光器的波长为900-915nm。

4.一种用如权利要求1至3任一项所述的复合激光器***除漆的方法，其特征在于：包括以下步骤：

调整所述复合激光器***，使得所述光纤激光器的焦距与所述半导体激光器的的焦距相差20-30mm；

将所述半导体激光器的激光作用于工件表面，随后再将所述光纤激光器的激光作用于工件表面。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述复合激光器***的脉冲功率百分比大于等于80％。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述复合激光器***的脉冲离焦量为0mm。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述复合激光器***在使用时，工件输送的平台速度小于等于5mm/s。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述复合激光器***的扫描速度大于等于8000mm/s。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述复合激光器***的脉冲频率为20-30KHz。

10.如权利要求1至3任一项所述的一种复合激光器***在除漆中的应用。

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