2kW綠光雷射器在銅材焊接上的應用

2021-02-13 鈑金與製作

1960年5月第一束雷射在實驗室裡點亮。25 年後，通快開發出第一臺工業生產用 CO2 雷射器 TLF 1000。今天的中國光加工市場已經步入黃金髮展時期，通快也早已把對雷射的理解具象化到各種加工應用中。我們不想細數過往，因為我們相信還有更多的奇蹟即將到來。雷射波長範圍的增加，是尤其值得關注的一點。從理論上講，我們已經可以獲得幾乎所有波長的雷射，問題只是找到合適的功率。在所有波段中，這一困難正在逐漸被克服，通快碟片式雷射器的可靠性讓產生所有可能顏色的高功率雷射成為現實。最近的一個例子便是綠光，綠光很容易被有色金屬吸收，是電動汽車和電子焊接領域的最佳選擇。在這些行業中，銅及其合金的使用率正在迅速增加，例如新能源汽車的多個關鍵部位如電池、電驅系統、電控系統等，都高度依賴銅材。過去常用近紅外雷射器焊接銅，存在能量吸收率低且容易產生飛濺物的問題，導致焊接質量和效率並不理想。與近紅外雷射器相比，銅對綠光雷射的能量吸收率很高，紅外雷射與綠光深熔焊接0.5mm銅片的對比如圖1所示。自 2015 年通快推出了首款波長為 515nm 的脈衝高功率雷射器後，今年又把輸出功率推到了 2kW 的新高度。現在就讓小編帶你一起走進 TruDisk 2021 高功率綠光雷射器（圖2）。

圖1 紅外雷射與綠光雷射深熔焊焊接0.5mm銅片的對比

圖2 通快2kW連續綠光碟片雷射器TruDisk 2021

有色金屬銅的黃金搭檔在室溫下，銅對綠光波長的吸收率高達40%，是對傳統近紅外光吸收率的 8 倍以上，如圖3所示。因此，具有綠光波長的高功率連續雷射器可以焊接高反材料銅且幾乎無飛濺，這大大滿足了我們對於銅焊接的高質量要求。

圖3 銅材料在室溫下不同波長的吸收率


優異的光束質量通快的碟片設計，可保證雷射器實時功率閉環反饋，功率輸出穩定在±1%，保證雷射加工過程的工藝穩定性。得益於碟片式的幾何結構設計（圖4），綠光波長高功率連續雷射器可在兼具高功率輸出的基礎上，確保出色的光束質量，相較於藍光半導體，通快綠光能達到 2mm.mrd。

圖4 多路輸出的碟片內部腔體設計

零飛濺焊接綠光可以實現穩定的熱傳導焊接（圖5），基於熱傳導焊的機理，焊接過程無任何飛濺，實現了真正意義上的無飛濺焊接。這樣便能防止出現昂貴的次品，乃至未識別出的缺陷部件，從而避免返工、後續操作、故障等。

圖5 通快綠光實現穩定熱傳導焊

熔深一致性好綠光對於銅的表面狀態不敏感，不同的表面，不論是研磨、酸洗、拋光還是未處理的表面都能實現焊接質量穩定（圖6），而且可重複性及熔深一致性好。

圖6 不同表面處理均能保證焊接質量


輕鬆應對高反材料得益於具有專利的諧振腔設計， TruDisk 能輕鬆抵禦極強的背反射。另外，由於室溫下銅對於綠色波長的吸收率高，反射率低。這樣，TruDisk能輕鬆對高反射材料，如銅和其他有色金屬進行加工，毫無壓力。結束語綠光雷射不只針對銅材焊接有優異效果，對其他材料同樣效果顯著。而且，通快結合綠光雷射器對不同材質和形狀的產品研發了一系列應用及定製化解決方案，覆蓋了日常生產的大部分場景。相信隨著我們對技術不斷研發及改進，會有更多不同波長的雷射在市場中得到應用。

——摘自《鈑金與製作》 2020年第12期

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