Lazè soude gen yon plas nan machin elektrik, ayewospasyal, bato ak transpò tren, konstriksyon, sektè enèji a, semi-conducteurs, elektwonik konsomatè, fabrikasyon aparèy medikal ak plis ankò. Menm fizyon an nan materyèl diferan, ki se difisil ak teknik soude konvansyonèl yo, ka fasil rezoud ak fleksibilite ak presizyon nan soude lazè, e li te menm vin solisyon an pi pito. Pwosesis sa a, souvan refere yo kòm "soude diferans," se yon pati enpòtan nan reyalize objektif jeni modèn.
Pwodiksyon pil ak konpozan elektrik pou aplikasyon pou e-mobilite ap mennen pi gwo enterè nan soude lazè nan materyèl diferan tankou kwiv ak aliminyòm.
Soudi diferan pèmèt pou pi laj libète konsepsyon lè w ap chwazi diferan materyèl ak bon pwopriyete tankou konduktiviti elektrik ak tèmik, duktilite, dansite relatif, pwen k ap fonn ak dite, men tradisyonèlman mande pou adhésifs oswa metòd mekanik pou kosyon ansanm.
Malgre ke teknik la gen eleman an komen ak soude konvansyonèl yo, li ofri yon opòtinite inik pou ogmante degre nan libète konsepsyon, varyete nan konbinezon materyèl, kidonk diminye depans fabrikasyon ak asanble ak amelyore pèfòmans eleman oswa sistèm.
Sepandan, soude diferan materyèl mande anpil atansyon sou longèdonn lazè, pouvwa mwayèn, pwofil gwo bout bwa, lajè batman kè ak pik pouvwa. Paramèt sistèm lazè yo dwe tou Customized pou konbinezon materyèl espesifik ak aplikasyon yo.
Zòn aplikasyon ki pi enpòtan ak k ap grandi pi rapid se pwodiksyon pil ak konpozan elektrik pou machin elektrik yo. Demann pou machin elektrik (EVs) te ogmante dramatikman nan de dènye ane yo, ak soude materyèl diferan se nan kè a nan fè EVs pi efikas ak zanmitay anviwònman an.
Pandan ke soude diferans gen anpil bagay an komen ak soude konvansyonèl, optimize bon jan kalite a ak vitès soude a se pi difisil. Fleksibilite nan sistèm soude lazè ofri solisyon inik pou elaji nouvo aplikasyon ak opòtinite. (Kontribusyon pa Tomo Express)
Matthew Philpott, Chèf Maketing ak Komèsyal Ofisye nan NUBURU, yon inovatè dirijan nan gwo pouvwa ak gwo klète teknoloji endistriyèl lazè ble, te di, "Veyikil elektrik yo prevwa pou konte pou plis pase 20% nan mache a nan pwochen 5 a 10. ane, ak elektwonik konsomatè yo pral konte pou ant 10% ak 15%."
Envantè de ityòm-ion (Li-ion) pil mande pou kapasite pou soude aliminyòm ak kwiv nan yon soude papye-a-elektwòd oswa elektwòd-a-elektwòd. Nan pil silendrik, yo dwe soude pattes elektwòd kwiv yo nan yon bwat asye.
Nan manifakti pake batri, selil yo anjeneral deja reyini epi enjenyè yo dwe aplike yon konsepsyon ki konekte selil yo pou bay enèji optimal. Aktyèl ityòm-ion pil yo te fè nan nikèl-plake frèt-woule asye. Sepandan, soude yon metal mwens rezistan, tankou aliminyòm oswa kòb kwiv mete, nan tèminal estanda asye pur nan yon batri ityòm-ion diminye rezistans li yo, kidonk mwens enèji gaspiye nan pèt chalè.
Amelyore pèfòmans batri machin elektrik se yon faktè enpòtan nan kwasans fiks nan lavant machin elektrik, "te di Mark L. Boyle, manadjè ansyen nan jeni pwodwi ak aplikasyon nan AMADA WELD TECH. Pi bon pèfòmans tij an pati nan dènye devlopman nan soude metal diferan, ki amelyore efikasite nan ogmante depo enèji, diminye gwosè ak kenbe fyab."
Anplis de sa, endistri konstriksyon bato a bay yon lòt egzanp kote soude diferan ap bay valè inik. Endistri a regilyèman sèvi ak asye-aliminyòm koòdone soude pou optimize distribisyon pwa, sa ki lakòz pi ba emisyon CO2 ak ogmante estabilite. An patikilye, soude yon kòk asye nan yon supèrstrikti aliminyòm ka diminye deadweight.
Blue light laser welding of copper sheets. Green and blue lasers are often better suited for welding highly reflective metals such as copper and aluminum, providing lower heat input and improved process stability of >1 µm. (Foto pa NUBURU)
"Anplis de diminye emisyon CO2 ak konsomasyon enèji, sant gravite veso a ka bese nan aranjman entelijan nan materyèl la, kidonk amelyore estabilite transpò." Rabi Lahdo, chèchè nan gwoup la soude ak koupe metal nan sant lazè Hanover, te di.
Malgre ke materyèl ki gen pwopriyete menm jan an anjeneral pwodui soude ki pi serye, gwo jwè tankou AMADA WELD TECH ap resevwa yon kantite demann pou soude materyèl diferan.
"Komèsyalman, chwazi yon materyèl diferan ka diminye depans fabrikasyon ak amelyore pèfòmans yon eleman oswa aparèy." Mark L. Boyle te di, "Lè sa rive, chwa metal yo diferan yo ka itilize kòm yon avantaj konpetitif sou mache a pou bay yon pi bon pwodwi ak yon pri ki pi ba."
01 Defi ak Konsiderasyon-
Lè fizyon materyèl tankou asye oswa kwiv ak aliminyòm, chanjman nan pwen k ap fonn materyèl la ak koyefisyan ekspansyon tèmik ka mennen nan fòmasyon nan pòsyon frajil entèmedyè ki febli jwenti a soude.
"Metal yo gen diferan fizyon ak tanperati fizyon, diferan koyefisyan absòpsyon limyè (espesyalman nan sèten longèdonn lazè), ak diferan difizyon tèmik. Sa fè li difisil pou fonn yo nan degre nan dwa an menm tan an." Philpott NUBURU a di, "Sa a se pi aparan nan metal trè meditativ, ki ka gen koyefisyan absòpsyon trè diferan nan enfrawouj la."
Jaden estrès ki te kreye pa diferan koyefisyan ekspansyon tèmik pandan refwadisman kapab tou febli soude epi yo ka mennen nan echèk jwenti soude. Estrikti difisil, frajil sa yo, ki rele "faz entèmetalik," fòme nan zòn tranzisyon ant metal la soude ak metal debaz la. Sa a se yon fenomèn ki ka malè nenpòt metòd soude.
Seksyon kwa nan yon soude diferans asye ak aliminyòm. (kontribisyon LZH)
Fòmasyon an nan faz entèmetalik, tankou FeAl2, Fe2Al5, FeAl3 nan sistèm nan asye-aliminyòm ak Cu9AL4, CuAl2, Cu4Al3 nan sistèm nan kwiv-aliminyòm, se akòz solubility nan limite nan eleman yo," di Sarah Nothdurft, Chèf la. Rantre ak koupe Metals Group nan Laser Center Hannover. Faz sa yo montre tou siyifikativman pi wo rezistans konpare ak materyèl debaz la."
Atansyon seleksyon paramèt opere lazè a, tankou konbine gwo vitès soude, chaj chalè ki ba, ak kontwòl egzak nan pwosesis la k ap fonn, pèmèt enjenyè bese kèk nan pwoblèm sa yo.
"Pandan ke fòmasyon nan konpoze entèmetalik se inevitab, brittleness yo se pa." Alexei Markevitch, Manadjè Devlopman Mache nan IPG Photonics, te di, "Fòmilasyon bon pwosesis la ka minimize fòmasyon konpoze sa yo ak maksimize malleabilite yo, sa ki lakòz soude estriktirèl son, plis kondiktif, ak plis ki estab."
02 Aplikasyon pou soude diferan materyèl-
Atansyon a bon rapò melanje ak aranjman apwopriye matche ka plis amelyore pèfòmans nan jwenti soude diferan. Pou egzanp, yon I-Couture ak yon ouvèti soude soude te pwouve yo dwe avantaje. Nan metòd sa a, yo mete yon plak asye sou yon plak aliminyòm. Yo nan lòd yo minimize faz entèmetalik, soude a fèt nan plak asye a epi sèlman nan plak aliminyòm.
Oliver Seffer, yon chèchè nan Metal Welding and Cutting Group nan Hanover Laser Center, di: "Akòz kontni an aliminyòm ki ba, pwopòsyon nan faz frajil sa yo nan mikrostruktur final la relativman ba."
03 Konsiderasyon paramèt lazè-
Chwa a nan teknoloji lazè depann sou materyèl la yo dwe soude. Pò soude diferan pou vè ak metal yo ka mande pou yon sistèm lazè CO2. Soudi aluminosilicate vè ak metal divès kalite ka benefisye de yon sistèm lazè femtosecond, pandan y ap soude alyaj aliminyòm ak vè teknik ka souvan gen siksè ak yon sous lazè picosecond.
Objektif la se pou misyon pou minimize opinyon chalè, elimine sal, amelyore estabilite pwosesis ak bay yon fenèt lajè nan paramèt pwosesis pandan y ap soude nan vitès ki pi wo posib.
"Pandan ke alyaj asye absòbe byen nan rejyon an tou pre-enfrawouj, menm metal ki gen gwo reflektivite, tankou aliminyòm ak kwiv, yo sitou trete ak lazè 1 µm." Markevitch IPG a di, "Sa a se paske absòpsyon an depann sou tanperati metal la ak faz. Nan tanperati chanm, kwiv ak aliminyòm absòbe apeprè 5% nan 1 µm ak 40% a 50% nan 515 nm, ak pi wo absòpsyon nan longèdonn ble."
"Tout absorptivities ogmante pou metal chofe, ak IR sote nan pwen an k ap fonn," li te di, "ak metal fonn absòbe tout longèdonn trè byen. Kidonk, yon gwo dansite pouvwa IR simonte gwo refleksyon an."
However, in shallow conduction welding of foils or certain welding geometries involving thicker materials, the use of high-intensity infrared lasers can lead to overheating, material damage, or process instability at the point of the fast absorption transition. As a result, in some cases, green or blue lasers are more suitable for copper welding because they offer lower heat input and improved process stability at >1 µm.
Rabi Lahdo di ke bese entansite pwodiksyon obligatwa diminye tourbiyon nan pisin nan fonn, ki amelyore estabilite pwosesis la. "Ogmantasyon nan estabilite pwosesis la akonpaye pa yon amelyorasyon nan bon jan kalite a nan ouvèti soude ibrid la, ak fòmasyon spatter siprime."
Nan soude keyhole nan materyèl pi epè, kòmanse ak twou mikwo-kosyon nan dè santèn de mikromèt, lazè enfrawouj yo tipikman pi efikas pase lazè vèt oswa ble, sa ki lakòz mwens opinyon chalè, osi byen ke pi bon kalite soude ak vitès pi vit.
Tunable mode beam lasers eliminate spatter while quickly achieving high quality weld openings in dissimilar materials. These lasers emit a core beam enclosed in an individually controllable ring beam. Busbar welding applications for melting aluminum and copper can be achieved using an infrared single mode beam (above). However, the Tunable Mode Laser (below) exhibits complete control of spatter by enclosing the single-mode beam within an external annular beam. Such systems are capable of spatter-free copper busbar welding at speeds up to 60 m/min and depths of fusion >0.65 mm.
"Klere gwo bout bwa a sèl-mòd ki rive jiska 2 kW simonte nati meditativ metal la klere pou kreye soude ki estab ti twou ak yon pwofondè fizyon ki ka pi fon pase lajè soude a," te di Ken Dzurko, mondyal. Senior Key Account Manager nan ThruFast Laser Technology Center nan Santa Clara, Kalifòni.
"Osilasyon rapid nan gwo bout bwa a anpeche fòmasyon nan konpoze entèmetalik, kidonk limite dire a nan faz la k ap fonn nan ouvèti a soude." Li te di, "Anplis de sa, klète gwo bout bwa a ogmante efikasite soude ak anpil diminye zòn ki afekte chalè a, kidonk pwodwi yon volim soude ki pi wo nan yon pi ba mwayèn opinyon pouvwa."
Yon lòt faktè ki afekte itilizasyon enèji lazè a se gaye limyè pa vapè metal la, ki pwopòsyonèl ak katriyèm pouvwa longèdonn lan. Lazè 1070nm gaye 18 fwa mwens pase lazè 515nm ak 30 fwa mwens pase lazè 455nm. Pousantaj yo gaye segondè nan lazè ble ak vèt nan plumes vapè metal fasil konpanse pousantaj absòpsyon yon ti kras pi wo yo nan materyèl fonn.
Jodi a, pifò manifaktirè yo chwazi lazè kontinyèl 1 µm, ki mennen wout la nan vitès pwosesis, bon jan kalite ak rediksyon pri. Men, tout longèdonn ofri avantaj, tou depann de sitiyasyon an espesifik. Pou egzanp, Philpott NUBURU a kwè ke yon chanjman longèdonn nan limyè ble oswa vèt vo eksplore nan aplikasyon ki benefisye de absòpsyon ogmante.
"Livrezon gwo bout bwa pou lazè limyè ble oswa vèt (egzanp, eskanè, tèt pwosesis, kontwòl gwo bout bwa ak lòt konpozan oksilyè) sanble ak sa yo itilize pou lazè NIR." Philpott di, "Kòm yon rezilta, konvèsyon soti nan enfrawouj nan limyè ble oswa vèt trè fasil, ak metòd la nan jere plume a se menm jan an, kidonk pa gen okenn pwoblèm akòz absòpsyon oswa gaye."
Sistèm lazè jodi a yo limite a sa sèlman 3kW nan 515nm ak 4kW nan 455nm, ak akòz bon jan kalite a travès limite nan lazè ble, focusability gwo bout bwa ak efikasite pwosesis yo tou limite.
"Lè soude kòb kwiv mete lè l sèvi avèk longèdonn reyon lazè nan seri a vizib, espesyalman nan spectre limyè ble a, gen kounye a yon mank de ase pouvwa reyon lazè ak bon jan kalite travès ki nesesè," di Rabi Lahdo, "Reyalize bon jan kalite gwo bout bwa se pi gwo defi lè lè l sèvi avèk dyod lazè pou jenere radyasyon lazè. Anplis de sa, lazè vizib yo gen plis tandans fè domaj optik pase sous enfrawouj, ki diminye lavi ak ogmante depans yo."
Malgre defi yo, Philpott prevwa plis amelyorasyon nan pèfòmans soude ak valè kòm dyod limyè ble kontinye amelyore nan disponiblite ak pèfòmans.
"Pa gen okenn risk fyab oswa pri ki asosye ak opere lazè nan tolerans konsepsyon optik yo," li te di. "Sa te di, kliyan yo ka fè eksperyans kout optik lavi ak pwodwi yon founisè lazè patikilye; sepandan, si yon manifakti pa lage yon pwodwi san yo pa aparèy optik yo byen valide, Lè sa a, sa a ka rive ak nenpòt longèdonn."
04
- Espesyalizasyon nan sistèm lazè-
Lazè fib kontinyèl-vag ka soude aliminyòm ak kwiv ak kontwòl apwopriye nan pwofil la gwo bout bwa. Devlopman pwofil nwayo-bag gwo bout bwa ak sistèm optik ki pi pwisan yo te siyifikativman amelyore kalite ak potansyèl pò ibrid soude yo pandan dènye dekad la.
Pandan ti twou soude kwiv ak aliminyòm, twou yo vin enstab nan gwo vitès soude. Youn nan fason yo elimine enstabilite sa a se ralanti vitès la soude, men sa a anjeneral pa dezirab. Olye de sa, yon lòt metòd se sèvi ak yon galvanomèt ajoute osilasyon nan gwo bout bwa lazè a pou ajite pisin nan fonn. Sa a amelyore konveksyon nan kouran an fonn pou anpeche ti twou tonbe. Li anjeneral pwodui yon soude bon jan kalite ekselan, men ralanti pwosesis la soude pi lwen.
Yon twazyèm fason pou elimine salte pandan gwo vitès soude se sèvi ak yon lazè mòd reglabl (AMB), ki emèt yon gwo bout bwa nwayo ki antoure pa yon gwo bout bwa bag. Pouvwa gwo bout bwa nwayo a ak entansite detèmine pwofondè pénétration nan ti twou yo, pandan y ap enèji gwo bout bwa bag la estabilize ti twou yo pou minimize oswa konplètman elimine endezirab spatter, fant ak porosite.
Nwayo ki pi piti yo se travès sèl-mòd ak yon dyamèt 14 µm. Nwayo multimode yo anjeneral 50 oswa 100 µm an dyamèt, ak travès bag yo anjeneral jiska 300 µm an dyamèt.
Markevitch, manadjè devlopman mache nan IPG Photonics, di: "Itilizasyon lazè fib nwayo bag se yon zòn devlopman aktif nan soude lazè diferans enfrawouj ak tout gwo jwè yo ap chache apre yo. "Lazè AMB ak yon nwayo sèl-mòd te chwazi pou adaptabilite li yo, gwo vitès soude, ak kapasite nannan pou minimize fòmasyon nan konpoze frajil entèmetal."
Yon lazè AMB nwayo 3 kW sèl-mòd ak 3 kW pouvwa adisyonèl nan yon lazè bag kapab soude busbar kwiv san salte nan 60 m/min ak pi gran pase 0.65 mm pénétration.
Aktyèl lazè vèt oswa ble komèsyal pa ka reyalize menm vitès ak bon jan kalite pwosesis la, di Markevitch. Men, jan li fè remake, konsistans soude ka toujou afekte pa varyasyon nan diferans ki genyen ant materyèl oswa kontaminasyon materyèl. Ak tandans pou epesè busbar diminye, blocage ak fixation vin yon defi. Ensifizan pwofondè fonn soude ka lakòz pi wo rezistans ak pi ba fòs mekanik, pandan y ap fonn twòp pwofondè oswa pèse ka fè selil batri EV yo yon danje dife.
"Typical material thicknesses for busbar lap welds are 200 to 300µm, less than 1mm," says Markevitch, "Immediately below the thin lap weld is a thermally-sensitive organic electrolyte, which may decompose at >60 degre."
Aliminyòm fonn nan 660 degre, kwiv nan 1,085 degre, ak alyaj asye nan 1,500 degre. De metal ki gen tanperati k ap fonn trè diferan bezwen fonn san yo pa domaje sèl ityòm ki gen organogel ki ka pran dife oswa konpozan batri (tankou sele, garnitur, ak espas) anba a.
Kontwòl pwosesis nan liy ki baze sou emisyon pwosesis espèk oswa OCT ka bay an tan reyèl mezi pwofondè soude ki pa destriktif. Sa a pèmèt aksyon korektif yo dwe pran pou reyalize yon pwofondè fonn konstan.
