Lazerli payvandlash elektr transport vositalari, aerokosmik, kema va temir yo'l transporti, qurilish, energetika sektori, yarimo'tkazgichlar, maishiy elektronika, tibbiy asboblar ishlab chiqarish va boshqalarda o'z o'rniga ega. An'anaviy payvandlash texnikasi bilan qiyin bo'lgan turli xil materiallarni birlashtirish ham lazerli payvandlashning moslashuvchanligi va aniqligi bilan osongina echilishi mumkin va hatto afzal qilingan echimga aylandi. Ko'pincha "o'xshashlik payvandlash" deb ataladigan bu jarayon zamonaviy muhandislik maqsadlariga erishishning muhim qismidir.
Elektron mobillik ilovalari uchun batareyalar va elektr komponentlarini ishlab chiqarish mis va alyuminiy kabi turli xil materiallarni lazer bilan payvandlashga katta qiziqish uyg'otmoqda.
Bir-biriga o'xshamaydigan payvandlash elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi, egiluvchanlik, nisbiy zichlik, erish nuqtasi va qattiqlik kabi yaxshi xususiyatlarga ega bo'lgan turli materiallarni tanlashda kengroq dizayn erkinligini ta'minlaydi, lekin an'anaviy ravishda yopishtirish uchun yopishtiruvchi yoki mexanik usullarni talab qiladi.
Texnika an'anaviy payvandlash bilan umumiy elementlarga ega bo'lsa-da, u dizayn erkinligi darajasini, materiallar kombinatsiyasining xilma-xilligini oshirish uchun noyob imkoniyatni taqdim etadi, shu bilan ishlab chiqarish va yig'ish xarajatlarini kamaytiradi va komponent yoki tizim ish faoliyatini yaxshilaydi.
Shu bilan birga, turli xil materiallarni payvandlash lazer to'lqin uzunligini, o'rtacha quvvatni, nur profilini, zarba kengligini va eng yuqori quvvatni diqqat bilan ko'rib chiqishni talab qiladi. Lazer tizimining parametrlari, shuningdek, ma'lum materiallar kombinatsiyasi va ilovalari uchun moslashtirilgan bo'lishi kerak.
Eng muhim va eng tez rivojlanayotgan dastur sohasi elektr transport vositalari uchun akkumulyatorlar va elektr komponentlarini ishlab chiqarishdir. So'nggi ikki yil ichida elektr transport vositalariga (EV) talab keskin oshdi va bir-biriga o'xshash bo'lmagan materiallarni payvandlash EV larni yanada samarali va ekologik toza qilishning markazida.
Bir-biriga o'xshamaydigan payvandlash an'anaviy payvandlash bilan juda ko'p umumiyliklarga ega bo'lsa-da, payvandlash sifati va tezligini optimallashtirish yanada qiyinroq. Lazerli payvandlash tizimlarining moslashuvchanligi yangi ilovalar va imkoniyatlarni kengaytirish uchun noyob echimlarni taklif qiladi. (Tomo Express tomonidan kiritilgan)
Metyu Filpott, NUBURU kompaniyasining marketing va sotuvlar bo‘yicha bosh direktori, yuqori quvvatli va yuqori yorqinlikdagi sanoat ko‘k lazer texnologiyasining yetakchi innovatori, “Keyingi 5-10 yil ichida elektr transport vositalari bozorning 20% dan ortig‘ini egallashi kutilmoqda. yillar, va maishiy elektronika 10% dan 15% gacha bo'ladi.
Lityum-ionli (Li-ion) batareyalarni ishlab chiqarish alyuminiyni misga folga yoki elektrod-elektrodga payvandlashda payvandlash qobiliyatini talab qiladi. Silindrsimon akkumulyatorlarda mis elektrod tirgaklari po'lat qutiga payvandlanishi kerak.
Batareya to'plamini ishlab chiqarishda hujayralar odatda allaqachon yig'ilgan va muhandislar optimal energiyani ta'minlash uchun hujayralarni bog'laydigan dizaynni amalga oshirishlari kerak. Hozirgi lityum-ion batareyalar nikel bilan qoplangan sovuq haddelenmiş po'latdan yasalgan. Biroq, alyuminiy yoki mis kabi kamroq qarshilik ko'rsatadigan metallni lityum-ion batareyaning standart zanglamaydigan po'latdan yasalgan terminallariga payvandlash uning qarshiligini pasaytiradi, shuning uchun issiqlik yo'qotilishida kamroq energiya sarflanadi.
Elektr avtomobil akkumulyatorining yaxshilangan ishlashi elektr transport vositalari sotuvining barqaror o‘sishining asosiy omilidir "dedi Mark L. Boyl, AMADA WELD TECH mahsulot muhandisligi va ilovalari bo‘yicha katta menejeri. Yaxshiroq ishlash qisman bir-biriga o‘xshamaydigan metall payvandlash bo‘yicha so‘nggi ishlanmalardan kelib chiqadi. energiya tejashni oshirish, hajmini kamaytirish va ishonchlilikni saqlash orqali samaradorlikni oshiradi."
Bundan tashqari, kemasozlik sanoati bir-biriga o'xshamaydigan payvandlashning o'ziga xos qiymatga ega bo'lishiga yana bir misol keltiradi. Sanoat og'irlik taqsimotini optimallashtirish uchun muntazam ravishda po'lat-alyuminiy payvandlangan interfeyslardan foydalanadi, natijada CO2 emissiyasini kamaytiradi va barqarorlikni oshiradi. Xususan, po'lat korpusni alyuminiy ustki tuzilishiga payvandlash o'lik vaznni kamaytirishi mumkin.
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 mkm. (NUBURU surati)
"CO2 emissiyasi va energiya sarfini kamaytirishdan tashqari, idishning og'irlik markazini materialni oqilona joylashtirish orqali tushirish mumkin, bu esa transport barqarorligini oshiradi." Rabi Lahdo, Gannover lazer markazining metallni payvandlash va kesish guruhining tadqiqotchisi.
Shunga o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan materiallar odatda ishonchliroq choklarni ishlab chiqarsa-da, AMADA WELD TECH kabi yirik o'yinchilar bir-biriga o'xshash bo'lmagan materiallarni payvandlash bo'yicha ko'proq so'rovlarni olishmoqda.
"Tijorat nuqtai nazaridan, boshqa materialni tanlash ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirishi va komponent yoki qurilmaning ish faoliyatini yaxshilashi mumkin." Mark L. Boyl shunday dedi: "Bu sodir bo'lganda, bir-biriga o'xshash bo'lmagan metallarni tanlash bozorda raqobatdosh ustunlik sifatida arzonroq narxda yaxshiroq mahsulotni taqdim etish uchun ishlatilishi mumkin."
01 Qiyinchiliklar va mulohazalar -
Po'lat yoki mis kabi materiallarni alyuminiy bilan eritganda, materialning erish nuqtasi va termal kengayish koeffitsientining o'zgarishi payvand chokini zaiflashtiradigan mo'rt oraliq qismlarning shakllanishiga olib kelishi mumkin.
"Metallar turli erish va termoyadroviy haroratlarga, turli yorug'lik yutilish koeffitsientlariga (ayniqsa, ma'lum lazer to'lqin uzunliklarida) va turli xil termal tarqalish koeffitsientlariga ega. Bu ularni bir vaqtning o'zida kerakli darajada eritishni qiyinlashtiradi." NUBURU'dan Filpott shunday deydi: "Bu infraqizilda juda boshqacha yutilish koeffitsientlariga ega bo'lishi mumkin bo'lgan yuqori aks ettiruvchi metallarda eng ko'p seziladi."
Sovutish jarayonida turli xil termal kengayish koeffitsientlari tomonidan yaratilgan kuchlanish maydonlari ham payvand choklarini zaiflashtirishi va payvand chokining buzilishiga olib kelishi mumkin. "Intermetalik fazalar" deb ataladigan bu qattiq, mo'rt tuzilmalar payvandlangan metall va asosiy metall o'rtasidagi o'tish zonasida hosil bo'ladi. Bu har qanday payvandlash usuli bilan bog'liq bo'lgan hodisa.
Po'lat va alyuminiyning o'xshash bo'lmagan payvand chokining ko'ndalang kesimi. (LZH hissasi)
Chelik-alyuminiy tizimida FeAl2, Fe2Al5, FeAl3 va mis-alyuminiy tizimida Cu9AL4, CuAl2, Cu4Al3 kabi intermetalik fazalarning shakllanishi elementlarning cheklangan eruvchanligi bilan bog'liq ", deydi Sara Nothdurft, bo'lim boshlig'i. Gannover lazer markazidagi metallar guruhiga qo'shilish va kesish. Bunday bosqichlar asosiy materialga nisbatan ancha yuqori qarshilik ko'rsatadi.
Yuqori payvandlash tezligi, past issiqlik yuklari va eritish jarayonini aniq nazorat qilish kabi lazerning ish parametrlarini diqqat bilan tanlash muhandislarga ushbu muammolarning bir qismini yumshatish imkonini beradi.
"Intermetalik birikmalarning shakllanishi muqarrar bo'lsa-da, ularning mo'rtligi emas". IPG Photonics kompaniyasining bozorni rivojlantirish bo'yicha menejeri Aleksey Markevich shunday dedi: "To'g'ri jarayon formulasi ushbu birikmalarning hosil bo'lishini minimallashtirishi va ularning egiluvchanligini maksimal darajada oshirishi mumkin, bu esa strukturaviy jihatdan mustahkam, o'tkazuvchan va barqarorroq choklarga olib keladi".
02 Turli materiallarni payvandlash uchun ilovalar -
To'g'ri aralashtirish nisbatlariga e'tibor va to'g'ri mos keladigan tartiblarga e'tibor qaratish, bir-biriga o'xshamaydigan payvand choklarining ish faoliyatini yanada yaxshilashi mumkin. Misol uchun, payvand choki ochilgan I-tikuv foydali ekanligini isbotladi. Ushbu usulda alyuminiy plastinka ustiga po'lat plastinka qo'yiladi. Intermetalik fazalarni minimallashtirish uchun payvandlash po'lat plastinka orqali va faqat alyuminiy plastinka orqali amalga oshiriladi.
Gannover lazer markazining metallni payvandlash va kesish guruhining tadqiqotchisi Oliver Seffer shunday deydi: "Alyuminiy tarkibi pastligi sababli, yakuniy mikroyapıda bunday mo'rt fazalarning ulushi nisbatan past".
03 Lazer parametrlarini hisobga olish-
Lazer texnologiyasini tanlash payvandlanadigan materialga bog'liq. Shisha va metallar uchun bir xil bo'lmagan payvandlash portlari CO2 lazer tizimini talab qilishi mumkin. Aluminosilikat shisha va turli metallarni payvandlash femtosekundli lazer tizimidan foyda ko'rishi mumkin, alyuminiy qotishmalari va texnik oynalarni payvandlash ko'pincha pikosoniyali lazer manbai bilan muvaffaqiyatli bo'lishi mumkin.
Maqsad issiqlik kiritishni minimallashtirish, chayqalishni yo'q qilish, jarayon barqarorligini yaxshilash va eng yuqori tezlikda payvandlash jarayonida jarayon parametrlarining keng oynasini ta'minlashdir.
"Po'lat qotishmalari yaqin infraqizil mintaqada yaxshi so'rilsa-da, alyuminiy va mis kabi yuqori aks ettiruvchi metallar ham asosan 1 mkm lazerlar bilan qayta ishlanadi." IPG xodimi Markevitch shunday deydi: "Buning sababi yutilish metallning harorati va fazasiga bog'liq. Xona haroratida mis va alyuminiy 1 mkm da taxminan 5% va 515 nm da 40% dan 50% gacha yutadi, ko'k to'lqin uzunliklarida yuqori assimilyatsiya qilish."
"Isitilgan metallar uchun barcha yutilish kuchayadi va IQ erish nuqtasida sakrab chiqadi," deydi u, "va erigan metallar barcha to'lqin uzunliklarini juda yaxshi o'zlashtiradi. Shunday qilib, etarlicha yuqori IQ quvvat zichligi yuqori aks ettirishni engadi."
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 Lahdoning aytishicha, kerakli ishlab chiqarish intensivligini pasaytirish eritilgan hovuzdagi turbulentlikni susaytiradi, bu jarayon barqarorligini yaxshilaydi. "Jarayon barqarorligining oshishi gibrid chokni ochish sifatining yaxshilanishi bilan birga keladi va cho'chqalarning paydo bo'lishi bostiriladi".
Yuzlab mikrometrli mikro-bog'lanish teshiklaridan boshlab, qalinroq materiallarni kalit teshigi bilan payvandlashda infraqizil lazerlar odatda yashil yoki ko'k lazerlarga qaraganda samaraliroq bo'lib, kamroq issiqlik kiritishiga, shuningdek, yaxshi payvandlash sifati va tezroq tezlikka olib keladi.
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.
"Bir rejimli nurning 2 kVtgacha yorqinligi yorqin metallning aks ettiruvchi tabiatini engib, chok kengligidan ancha chuqurroq bo'lishi mumkin bo'lgan termoyadroviy chuqurlikka ega barqaror kichik teshikli choklarni hosil qiladi", dedi Ken Dzurko, global. Kaliforniyaning Santa Klara shahridagi ThruFast Laser Technology markazida katta kalit hisob menejeri.
"Nurning tez tebranishi intermetalik birikmalarning shakllanishiga to'sqinlik qiladi, shuning uchun payvand chokidagi erish fazasining davomiyligini cheklaydi." Uning so'zlariga ko'ra, "Bundan tashqari, yuqori nurning yorqinligi payvandlash samaradorligini oshiradi va issiqlik ta'sir qiladigan zonani sezilarli darajada pasaytiradi va shu bilan pastroq o'rtacha quvvat sarfida yuqori chok hajmini ishlab chiqaradi."
Lazer energiyasidan foydalanishga ta'sir qiluvchi yana bir omil - bu to'lqin uzunligining to'rtinchi kuchiga mutanosib bo'lgan metall bug'ining yorug'lik tarqalishi. 1070 nm lazerlar 515 nm lazerlardan 18 marta va 455 nm lazerlardan 30 marta kamroq tarqaladi. Metall bug'laridagi ko'k va yashil lazerlarning yuqori tarqalish tezligi erigan materiallarda ularning biroz yuqoriroq yutilish tezligini osongina qoplaydi.
Bugungi kunda ko'pchilik ishlab chiqaruvchilar ishlov berish tezligi, sifati va narxini pasaytirishda yetakchilik qiluvchi uzluksiz to'lqinli 1 mkm lazerlarni tanlaydilar. Ammo barcha to'lqin uzunliklari muayyan vaziyatga qarab afzalliklarni taklif qiladi. Misol uchun, NUBURU'dan Filpottning fikricha, to'lqin uzunligining ko'k yoki yashil yorug'likka o'zgarishi yutilishning oshishidan foyda ko'radigan ilovalarni o'rganishga arziydi.
"Ko'k yoki yashil yorug'lik lazerlari uchun nurni etkazib berish (masalan, skanerlar, ishlov berish boshlari, nurni boshqarish va boshqa yordamchi komponentlar) NIR lazerlari uchun ishlatiladiganga o'xshaydi." Filpott shunday deydi: "Natijada, infraqizil nurdan ko'k yoki yashil rangga o'tish juda oson va plumeni boshqarish usuli o'xshash, shuning uchun assimilyatsiya yoki tarqalish tufayli hech qanday muammo yo'q."
Bugungi lazer tizimlari 515 nm da 3 kVt va 455 nm da 4 kVt bilan cheklangan va ko'k lazerlarning nurlanish sifati cheklanganligi sababli, nurning fokuslanishi va ishlov berish samaradorligi ham cheklangan.
"Ko'rinadigan diapazonda lazer nurlarining to'lqin uzunliklari yordamida misni payvandlashda, ayniqsa ko'k yorug'lik spektrida, hozirda etarli lazer nurlari kuchi va kerakli nur sifati yo'q", deydi Rabi Lahdo, "Yuqori nur sifatiga erishish eng katta muammodir. lazer nurlanishini yaratish uchun lazer diyotlaridan foydalanish. Bundan tashqari, ko'rinadigan lazerlar infraqizil manbalarga qaraganda optikaga ko'proq zarar etkazishi mumkin, bu esa ishlash muddatini qisqartiradi va xarajatlarni oshiradi.
Qiyinchiliklarga qaramay, Filpott lehimlash samaradorligi va qiymatining yanada yaxshilanishini kutmoqda, chunki ko'k yorug'lik diodlari mavjudligi va ishlashi yaxshilanishda davom etmoqda.
"Optikaning dizayn toleranslari doirasida lazerlarni ishlatish bilan bog'liq ishonchlilik yoki xarajat xavfi yo'q", dedi u. "Ya'ni, mijozlar ma'lum bir lazer yetkazib beruvchining mahsuloti bilan qisqa optik xizmat muddatini boshdan kechirishi mumkin; ammo, agar ishlab chiqaruvchi to'g'ri tasdiqlangan optik qurilmalarsiz mahsulotni chiqarmasa, bu har qanday to'lqin uzunligi bilan sodir bo'lishi mumkin."
04
-Lazer tizimlarining ixtisoslashuvi-
Uzluksiz to'lqinli tolali lazerlar nur profilini to'g'ri boshqarish bilan alyuminiy va misni payvandlashi mumkin. Yadro-halqali nurli profillar va yanada kuchli skanerlash tizimlarining rivojlanishi so'nggi o'n yil ichida gibrid payvandlash portlarining sifati va salohiyatini sezilarli darajada yaxshiladi.
Mis va alyuminiyning kichik teshiklarini payvandlashda teshiklar yuqori payvandlash tezligida beqaror bo'lib qoladi. Ushbu beqarorlikni bartaraf etishning bir usuli - payvandlash tezligini sekinlashtirishdir, lekin bu odatda istalmagan. Buning o'rniga, boshqa usul - eritilgan hovuzni qo'zg'atish uchun lazer nuriga tebranish qo'shish uchun galvanometrdan foydalanish. Bu kichik teshiklarning qulashiga yo'l qo'ymaslik uchun eritma oqimidagi konvektsiyani yaxshilaydi. Odatda mukammal sifatli payvand hosil qiladi, lekin payvandlash jarayonini yanada sekinlashtiradi.
Yuqori tezlikda payvandlashda chayqalishni bartaraf etishning uchinchi usuli - bu halqa nurlari bilan o'ralgan yadro nurini chiqaradigan sozlanishi rejim nuri (AMB) lazeridan foydalanish. Yadro nurlarining kuchi va intensivligi kichik teshiklarning kirib borish chuqurligini aniqlaydi, halqa nurining energiyasi esa kiruvchi chayqalishlar, yoriqlar va g'ovaklikni minimallashtirish yoki butunlay yo'q qilish uchun kichik teshiklarni barqarorlashtiradi.
Eng kichik yadrolar diametri 14 mkm bo'lgan bir rejimli nurlardir. Ko'p rejimli yadrolarning diametri odatda 50 yoki 100 mkm, halqa nurlari esa odatda 300 mkm gacha diametrga ega.
"Yadro-halqali tolali lazerlardan foydalanish infraqizil lazerli payvandlashda faol rivojlanish sohasidir va barcha asosiy o'yinchilar tomonidan talab qilinadi", deydi Markevitch, IPG Photonics bozorni rivojlantirish menejeri. "Bir rejimli yadroli AMB lazeri o'zining ko'p qirraliligi, yuqori payvandlash tezligi va mo'rt intermetalik birikmalar hosil bo'lishini minimallashtirish qobiliyati uchun tanlangan."
Halqali lazerda 3 kVt qo‘shimcha quvvatga ega 3 kVt quvvatga ega yagona rejimli yadroli AMB lazer 0,65 mm dan oshiq penetratsiya bilan 60 m/min tezlikda mis shinalari sochilmasdan payvandlash imkoniyatiga ega.
Hozirgi tijorat yashil yoki ko'k lazerlar bir xil ishlov berish tezligi va sifatiga erisha olmaydi, deydi Markevich. Ammo u ta'kidlaganidek, payvand chokining mustahkamligiga hali ham materiallar orasidagi bo'shliqning o'zgarishi yoki materialning ifloslanishi ta'sir qilishi mumkin. Shina qalinligining pasayish tendentsiyasi bilan siqish va mahkamlash qiyin bo'ladi. Payvand choki chuqurligining etarli emasligi yuqori qarshilik va past mexanik kuchga olib kelishi mumkin, haddan tashqari erish chuqurligi yoki teshilish esa EV akkumulyator hujayralarini yong'inga olib kelishi mumkin.
"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 daraja."
Alyuminiy 660 daraja, mis 1085 daraja va po'lat qotishmalari 1500 daraja eriydi. Eriydigan haroratlari juda xilma-xil bo'lgan ikkita metallni yonuvchan organogel yoki batareya komponentlari (masalan, muhrlar, qistirmalar va bo'shliqlar) o'z ichiga olgan lityum tuzlariga zarar bermasdan eritish kerak.
Spektral jarayon emissiyasi yoki OCTga asoslangan in-line jarayon nazorati real vaqtda buzilmaydigan payvand choki chuqurligini o'lchashni ta'minlaydi. Bu doimiy eritma chuqurligiga erishish uchun tuzatuvchi harakatlarni amalga oshirish imkonini beradi.
