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环形光斑激光器光源的优势

环形光斑优势:首先是工艺窗口宽,常见衡量激光焊接的指标是熔深熔宽,环形光斑相比传统单光纤有更广泛的窗口功率可调空间,兼容性更强。可针对不同工业场景灵活匹配,同一熔深熔宽,有无数种组合能满足要求,在面对良率问题时,能够很好的从工艺层面利用激光器去兼容其他环境干扰。
环形光斑激光器

其次是多用途:一套环形光斑设备可以当三台设备使用,单开内环可以充当传统单光纤的激光器使用,单开外环可以充当半导体激光器使用,内外环灵活搭配,可以起到预热、后处理、表面处理、改性等作用。
 
最后就是低飞溅属性,针对深熔焊最麻烦的问题就在于匙孔作为激光能量吸收主要位置,内部能量转变频繁,受力复杂,现阶段也没有很好的模型去分析受力运动行为,所以导致激光深熔焊始终是一个未知的不稳定因素。外界环境条件波动极易引起熔池波动导致匙孔坍塌。匙孔已坍塌,就会堵塞匙孔开口,匙孔内部的高压金属蒸汽就会逸出类似火山喷发,宏观表现为大量的飞溅、凹坑、炸点等缺陷。环形光斑很好的缓解了匙孔不稳定问题,外环激光主要左右就是扩大匙孔开口,使得细微的波动不会导致匙孔塌堵塞开口,降低飞溅,使得稳定性大大提高,且外环光斑越大效果越好。
 
环形光斑,由于最早是相干推出的相关技术产品,Adjustable ring mode laser可调环模激光(ARM)、各家厂商有自己的命名方式,市面上的点环激光、环模激光、环形光斑都一个意思,原理通用:主要是由两束光纤激光复合而成,区别于光纤半导体复合,外环激光后属于高功率密度的光纤激光,负责加热母材的同时扩大匙孔开口,内环激光高功率密度用来穿透金属,实现深熔焊接;(光纤半导体复合由于半导体同属红光,且功率密度低得多,基本没起到加热铜基材的作用,所以在铜焊接中应用较少。)
 
环形光斑焊接稳定扩大匙孔开口:一个同轴CCD焊接正上方拍摄的环形光斑焊接时,池匙孔的实时图,可以看到,环形光斑能够有效的扩大匙孔开口,提高焊接过程稳定性,同时扩大熔池面积,降低熔池凝固速度,有利于气孔逸出,降低焊缝孔隙率。
 
环形光斑摆动焊接:同时可调环模激光同样能加摆动,摆动焊接过程如图所示,更加稳定,基本没有飞溅,能够有效降低铜合金焊接过程飞溅发生率,同时提供多种芯径和功率组合搭配,当前单模环(14/100)以及50/150芯径组合(IPGAMB5000-5000)能够实现5mm以内铜合金稳定高效加工;加工速度在50mm/s左右(稳定熔深4.5mm左右),环形多种功率搭配当前已成铜激光焊接的主流技术。
 
单光路激光器的特点是反馈系统只有一个光路,具有简单、成本低等特点。通过激光输出端的一小部分反射光返回于激光器内,形成一次反射,反馈到产生激光的激活介质上,形成激光。由于反光纤激光摆动焊接优势:光纤摆动是当前最具性价比的方案,就是工艺窗口需要摸索摸索,一般常用的激光器主要芯径在14-50um范围内,2KW-6KW为主,主要针对有效熔深在1mm以内的连接,其中又属单模激光效果最佳,一般锂电行业激光器单模应用较多,常规的在1KW、2KW,最高功率能到3KW,小芯径能够提供足够高的激光能量密度,能够瞬间熔化铜合金,避免出现起始虚焊。
 
同时小芯径还可搭配摆动焊接头、振镜焊接头实现各种不同摆动轨迹的焊接,能够扩大熔池,稳定匙孔,有助于气体溢出,使焊接过程更加稳定,并减少飞溅和气孔。
 
不足之处在于单模市场化产品功率有限,不摆动气孔无法避免,要想实现高线能量热输入,实现大熔深,低速焊接极度不稳定(匙孔太小、容易坍塌),摆动综合行进速度,以及熔深有限,-般在0.5mm以内;常用于0.5mm以内的叠焊、对接,速度可到40mm/s左右;馈系统只有一个光路,因此单光路激光器的稳定性相对较低,同时对外界的抗干扰能力也相对较差。
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