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究竟是技术为神,还是材料为神?动态调控激光束告诉你真正的标准

来源:www.laser08.com 时间:2022-04-26 点击:692
新能源汽车的快速发展,有望首先解决精密制造中高性能材料的处理问题。这些发展迫使制造商开发新的加工工具来解决这些问题,确保电池对齐和连接,扩大增材制造技术和激光焊接技术的应用,并引入新的基于冷却的系统。
这项研究解释了为什么制造商继续取代传统的激光加工和热封方法作为加工工具。与传统的热封技术相比,激光技术由于其高能量密度,可以以更少的热量输出执行加工任务。激光焊接还可以最大限度地减少可能的变形。
所有焊接过程都与熔池的形成及其快速冷却和凝固有关,这些因素决定了焊缝金属的性能和结构。然而,高能激光焊接不仅可以熔化材料,还可以使其蒸发。焊接过程中材料的气化会在材料中产生气体毛细管。这种毛细管,通常称为锁孔,允许激光能量产生具有非常高的纵横比的焊缝,该纵横比定义为焊缝的穿透深度与焊缝宽度的比率。
与热焊接相比,传统焊接会导致焊缝低而宽,而激光焊接的大图像格式可能会导致更少的局部变形。但也存在锁孔(小孔)的问题,其稳定性对于制造高质量焊缝很重要。在焊接钢和镍等高吸收性材料时,锁孔(小孔)通常保持稳定并产生高质量的焊缝。然而,在焊接铜合金、铝合金和金属含量高的合金时,锁孔(小孔)自然会变得不稳定,使工艺不稳定,极易产生气泡和飞溅,从而影响焊接质量。
尽管存在这些挑战,汽车制造商仍将重点放在新能源汽车的电气化上,解决方案是转向基于激光的新型材料处理工具,用于焊接、切割或组装和加工复杂产品。 .出于某些目的。在激光技术的帮助下,行业可以跟上标准组件和具有成本效益的解决方案。降低成本和提高生产率意味着激光焊接机不断被开发以满足制造商在加工领域的特定需求。尤其是在提高激光功率时,应用要求小孔(小孔)的稳定性和焊接接头的微观结构,工艺参数的调整非常重要。
支持孔的稳定性。
制造商可以定制激光加工参数,例如波长、脉冲能量、重复率、传输率和网点分布、网点尺寸和原位能量强度。现代应用中的传统材料处理方法包括快速扫描的振动焊头、使用绿色或蓝色波长激光源、使用不同强度的重叠分布、将两根纤维交错在一起形成一根纤维、通过不同强度的方法弄脏分布等
辐射控制方法可分为三大类:静态、可变和动态。衍射光学 (DOE) 提供了一种首选的波束形成系统,该系统通过一个强窗口传输一个薄的衍射点,该窗口改变并调制通过它的光的相位。可以使用多种衍射光学器件 (DOE) 来转换静态光束,以使激光束功率与工件相匹配。静态光学设计的问题在于,只有当用户对要满足的参数有非常明确的定义并且不需要工艺灵活性时,它才是更合适的选择。
衍射光学也可以通过调整环的对准来将光束分离成中心钩或中心光束和周围的环光束来调整衍射光学以增加激光加工的灵活性。此参数需要围绕轴移动或旋转以改变中心半径和环形半径之间的强度比。虽然这种棒解决方案可以为特定过程提供处理灵活性,但假设该设备正在用于特定任务。
动态波束形成技术
这种具有改进的光学相位场匹配的动态光学设计技术能够创建用于高达 100 kW 激光水平的光纤激光器(多面控制)。最近的发展不仅提高了控制光束形状的能力,而且还提高了控制光束形状变化的频率、频率和焦点位置的能力。调整这四个参数,使得焊池控制中的激光工艺参数无法达到甚至超过焊缝材料的性能要求。
如前所述,激光束的形状直接影响材料的加工。可以使用不同的形状来实现相同的焊缝形状和结构。当前的波束成形解决方案没有提供足够的灵活性来达到广泛的限制,更不用说设计任何所需的波束形状了。
光束形状的微小变化通常会导致冲击的巨大变化。然而,迄今为止,大多数波束成形解决方案的能力有限,并且缺乏动态设计光学形状的能力。梁成型允许焊缝的特定形状和微观结构,具体取决于所需的结果。
相反,动态光学格式匹配的出现随着软件的发展而发展。使用该软件,用户为特定应用设计所需的格式,将设计的程序加载到激光加工系统中,然后观察交叉点。此过程的简单性和速度允许您测试多种形状和最佳解决方案 Optics 选择形状解决方案来满足特定的焊接要求。紧接着,进一步的开发允许实时控制波束形状,从而优化飞行期间的波束形状。
光学形状的变化速度、光学形状的空间序列和焦点导航
一旦您设计了所需的光学形状,您就可以调整制作光学形状所需的速度。创建这种光学形状所需的时间称为形状频率,它会影响焊缝的特性,因为优化速度不佳也会导致飞溅等缺陷。快速频率(例如 50 MHz)是如此之快,以至于光学形状会发生变化,就好像它几乎是静止的一样,从而产生与 kHz 或 Hz 完全不同的效果。
当光束的形状发生变化时,其频率的变化决定了待加工材料所需的最佳状态。在某些情况下,频率变化只会显着改变焊接特性。通过允许您在微秒内改变光束的形状,改变光学顺序为激光焊接带来了新的灵活性。一种光学设备会产生大量不同的形状,每种形状都有特定的治疗目的并达到特定的治疗效果。激光器被编程为以不同的速度和不同的间隔连续引导每种形状的光束。例如,如果一种形状用于稳定锁孔(小孔)并防止飞溅,另一种形状用于防止裂纹,则可以同时实现精心设计的光学配置,而这些目标只能通过激光来实现。
标准激光器的景深比较浅,导致工件焊接深度方向的性能和组织不均匀。单模激光器具有宽景深,动态光束调节激光器是一种可以移动焦点的单模激光器,这意味着Z轴上的焦点可以随时改变。 .不同材料的任​​何速度。
当激光处于固定焦点时,整个焊接过程会产生大量且较多的锯齿焊缝,因此可以通过控制聚焦光束的位置来解决这些问题。有针对性的浏览提供更流畅的体验。更坚固、更稳定的焊缝。
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