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          光纖激光焊接技術最新停頓
          2018-07-17   2449

          光纖激光焊接持續在可焊接的資料和運用方面賡續拓展。激光技術和光束傳輸器件範疇的立異,正在戰勝激光焊接在曩昔所面對的運用挑釁,例如焊接銅、異種資料、薄金屬箔或拆卸不良的零件

           

          光纖激光器正在供給愈來愈多的光束特征、波長、輸入功率和脈沖連續時光選擇。聯合先輩的擺動焊接技術,光纖激光器曾經經由過程“改良與高反射率資料的耦合後果、改良熔池的凝結行動、清除缺點、改良穿透深度掌握和賠償拆卸不良的零件”等提高,大大減緩了曩昔面對的運用挑釁。

          另外,集成的全進程監測技術,如相關成像技術(ICI)許可在焊接過程當中及時搜集大批信息,贊助制作商嚴厲掌握焊接質量,進步臨盆率。這些驅動型技術正在配合增進無缺點激光焊接技術在各行各業的先輩運用中疾速采取。


          尺度焊接頭被設計成將准直的激光束聚焦到所需的光斑尺寸,並在光束傳輸過程當中堅持光束途徑呈靜態,在焦立體上出現一個靜態光斑。這類尺度設置裝備擺設,招致每種設置僅限于面向特定的運用。比擬之下,擺動焊接頭在尺度焊接頭內整合了掃描振鏡技術經由過程用外部反射鏡來挪動光束,焦斑不再是靜態的,而且可以經由過程轉變各類圖案的外形(圖1a)、振幅和頻率來動態地調理。光束速度Vc可以由擺動頻率f和擺動直徑D掌握,Vc=π D f。

          圖1:擺動形式(a)和環形擺動圖案(b)


          供給最好成果的頻率設置取決于光斑尺寸、擺動直徑(和是以發生的圓周速度Vc)和線性焊接速度。固然有用的光束速度也取決于焊接的線速度Vw,但在大多半情形下,光束速度Vc遠高于決議焊接動態的焊接速度Vw(圖1b)。另外,這類焊接技術與尺度的同軸噴嘴和幫助氣體端口兼容,這可以或許克制焊接時發生的金屬蒸氣,並有助于克制等離子體雲,掌握飛濺發生,這些飛濺技術與長途焊接中應用的掃描頭不兼容。

           

          當應用較小的光斑時,這類擺動焊接辦法的好處加倍顯著。當應用近紅外(NIR)波長時,較小的光斑完成了偉大的功率密度,戰勝了諸如銅和鋁等資料的高反射率,從而構成具有寬加工窗口的穩固匙孔,而且在應用最好擺動參數時,防止了氣孔和裂紋的發生。這爲1µm光纖激光器在電動汽車和電池制作範疇開拓了新運用,清除了對倍頻綠光激光器的需求。

          持續焊


          隨著新電池技術的發展和電池容量愈來愈高,電池制作行業對焊接技術的需求正在賡續晉升。電動汽車特別是這一趨向的主推手,汽車行業及汽車供給商正在尋覓穩健、高效的焊接工藝,以大量量臨盆銅鋁接頭,這類接頭在電動汽車(EV)電池和電力存儲産品中有著普遍需求。

           

          激光焊接銅和銅合金所面對的挑釁,重要源于資料的兩個重要物理屬性——對大多半工業級高功率激光類型的低接收率,和在加工過程當中的高導熱景象。固體銅對近紅外激光的接收,在焊接剛開端時異常差,僅爲4%,是以將光耦合到資料中異常艱苦。采取較短波長(如532nm的綠光激光器)可以進步銅對激光能量的接收,然則在這個波段,到達深熔焊所須要的高功率或是經由工業驗證的激光器,今朝還不完整。

           

          單模和低階模近紅外1μm光纖激光器爲此供給了謎底,這些激光器可以將光斑聚焦到20μm的小光斑,1kW單模激光器能完成跨越1MW/cm2的功率密度。應用這類高功率密度,可以敏捷戰勝資料對激光的接收缺乏,熔融銅或蒸發銅的接收增長到60%以上,以樹立穩固的匙孔。

           

          銅焊接中的另外壹個成績是不穩固性,由於融化金屬的低粘度和外面張力,在低速焊接時會招致飛濺和藹孔。[1] 將速度增長到跨越10m/min,以最小化這些不穩固身分,構成穩固的焊接進程。但是,這意味著最好的焊接參數在傳統的活動體系(如機械人)到達極限的規模內。另外,熔深隨著速度的增長而減小,並且焊縫變得異常窄。這必需要經由過程增長激光功率來賠償,而增長功率則須要對體系停止更高的本錢投資。

           

          新的工藝研討註解上述景象可以免,穩固焊接進程不單單可以經由過程增長焊接速度來完成,並且還可以經由過程動態定位激光技術來完成,例如用擺動焊接頭完成穩固的焊接。[2]這類擺動技術許可以低線性焊接速度完成穩固焊接,而且對熔深影響最小。例如,只應用一台1kW單模光纖激光器,即可以取得熔深達1.5mm的高品德銅焊縫(見圖2)

          圖2:用單模光纖激光器焊接三根扁平的1100銅線


          異樣的技術也可用于高亮度多模激光器,並已普遍用于改良鋁制外殼(圖3a)的焊接質量和焊接分歧性。溫度和冷卻速度的變更梯度比傳統的激光焊接慢,這有助于清除缺點和克制飛濺發生。比擬用尺度焊接技術和擺動焊接技術焊接5000系列鋁外殼(圖3b),應用的功率同爲3.5kW,比擬顯示,擺動焊接可完成更加穩固的無氣孔焊接。焊縫熔深爲2mm,可以顯著看出在全體焊接質量方面,擺動焊接技術更勝一籌。

          圖3:焊接1100和3003鋁電池外殼(a)。用擺動焊接技術(左)和非擺動焊接技術(右)取得的5000系列鋁制外殼的焊接質量(b)。


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