La saldatura è un processo di unione di due o più metalli mediante l'applicazione di calore. In genere, la saldatura prevede il riscaldamento di un materiale fino al suo punto di fusione, in modo che il metallo di base si fonda e riempia gli spazi tra le giunzioni, formando un collegamento resistente. La saldatura laser è un metodo di giunzione che utilizza il laser come fonte di calore.
Prendiamo ad esempio una batteria di potenza con involucro quadrato: il nucleo della batteria viene unito tramite laser attraverso diverse parti. Durante l'intero processo di saldatura laser, la resistenza del collegamento dei materiali, l'efficienza produttiva e il tasso di difettosità sono tre aspetti di fondamentale importanza per il settore. La resistenza del collegamento dei materiali può essere valutata in base alla profondità e alla larghezza di penetrazione metallografica (strettamente correlate alla sorgente luminosa laser); l'efficienza produttiva è principalmente legata alla capacità di elaborazione della sorgente luminosa laser; il tasso di difettosità è principalmente correlato alla scelta della sorgente luminosa laser; pertanto, questo articolo analizza le sorgenti più comuni presenti sul mercato. Viene effettuato un semplice confronto tra diverse sorgenti luminose laser, con l'obiettivo di fornire un supporto agli sviluppatori di processi.
Perchésaldatura laserSi tratta essenzialmente di un processo di conversione da luce a calore; diversi parametri chiave coinvolti sono i seguenti: qualità del fascio (BBP, M2, angolo di divergenza), densità di energia, diametro del nucleo, forma di distribuzione dell'energia, testa di saldatura adattiva, finestre di processo e materiali lavorabili. Questi parametri vengono utilizzati principalmente per analizzare e confrontare le sorgenti luminose laser provenienti da queste direzioni.
Confronto tra laser monomodali e multimodali
Definizione di modalità singola e multimodale:
Il termine "monomodale" si riferisce a un singolo schema di distribuzione dell'energia laser su un piano bidimensionale, mentre "multimodale" si riferisce allo schema di distribuzione spaziale dell'energia formato dalla sovrapposizione di più schemi di distribuzione. Generalmente, il valore del fattore di qualità del fascio M2 può essere utilizzato per stabilire se l'uscita del laser a fibra è monomodale o multimodale: M2 inferiore a 1,3 indica un laser monomodale puro, M2 compreso tra 1,3 e 2,0 indica un laser quasi monomodale (a pochi modi) e M2 maggiore di 2,0 indica un laser multimodale.
Perchésaldatura laserSi tratta essenzialmente di un processo di conversione da luce a calore; diversi parametri chiave coinvolti sono i seguenti: qualità del fascio (BBP, M2, angolo di divergenza), densità di energia, diametro del nucleo, forma di distribuzione dell'energia, testa di saldatura adattiva, finestre di processo e materiali lavorabili. Questi parametri vengono utilizzati principalmente per analizzare e confrontare le sorgenti luminose laser provenienti da queste direzioni.
Confronto tra laser monomodali e multimodali
Definizione di modalità singola e multimodale:
Il termine "monomodale" si riferisce a un singolo schema di distribuzione dell'energia laser su un piano bidimensionale, mentre "multimodale" si riferisce allo schema di distribuzione spaziale dell'energia formato dalla sovrapposizione di più schemi di distribuzione. Generalmente, il valore del fattore di qualità del fascio M2 può essere utilizzato per stabilire se l'uscita del laser a fibra è monomodale o multimodale: M2 inferiore a 1,3 indica un laser monomodale puro, M2 compreso tra 1,3 e 2,0 indica un laser quasi monomodale (a pochi modi) e M2 maggiore di 2,0 indica un laser multimodale.
Come illustrato nella figura: la figura b mostra la distribuzione di energia di un singolo modo fondamentale, e la distribuzione di energia in qualsiasi direzione passante per il centro del cerchio ha la forma di una curva gaussiana. La figura a mostra la distribuzione di energia multimodale, che è la distribuzione spaziale di energia formata dalla sovrapposizione di più singoli modi laser. Il risultato della sovrapposizione multimodale è una curva a cima piatta.
Laser monomodali comuni: IPG YLR-2000-SM, SM è l'abbreviazione di Single Mode. I calcoli utilizzano una messa a fuoco collimata 150-250 per calcolare la dimensione del punto focale, la densità di energia è 2000W e la densità di energia focalizzata viene utilizzata per il confronto.
Confronto tra modalità singola e modalità multiplasaldatura lasereffetti
Laser monomodale: piccolo diametro del nucleo, alta densità di energia, forte capacità di penetrazione, piccola zona termicamente alterata, simile a un coltello affilato, particolarmente adatto per la saldatura di lamiere sottili e la saldatura ad alta velocità, e può essere utilizzato con galvanometri per lavorare parti minuscole e parti altamente riflettenti (parti estremamente riflettenti, alette, pezzi di collegamento, ecc.), come mostrato nella figura sopra, il monomodale ha un keyhole più piccolo e un volume limitato di vapore metallico ad alta pressione interno, quindi generalmente non presenta difetti come pori interni. A basse velocità, l'aspetto è ruvido senza soffiaggio di aria protettiva. Ad alte velocità, la protezione è aggiunta. La qualità del processo del gas è buona, l'efficienza è elevata, le saldature sono lisce e piatte e il tasso di resa è elevato. È adatto per la saldatura a strati e la saldatura a penetrazione.
Laser multimodale: diametro del nucleo ampio, densità di energia leggermente inferiore rispetto al laser monomodale, lama smussata, foro di penetrazione più ampio, struttura metallica più spessa, rapporto profondità-larghezza inferiore e, a parità di potenza, la profondità di penetrazione è inferiore del 30% rispetto a quella del laser monomodale, quindi è adatto per l'uso in processi di saldatura di testa e lavorazione di lamiere spesse con ampi spazi di assemblaggio.
Contrasto laser ad anello composito
Saldatura ibrida: il raggio laser a semiconduttore con una lunghezza d'onda di 915 nm e il raggio laser a fibra con una lunghezza d'onda di 1070 nm sono combinati nella stessa testa di saldatura. I due raggi laser sono distribuiti coassialmente e i piani focali dei due raggi laser possono essere regolati in modo flessibile, in modo che il prodotto abbia entrambi i semiconduttorisaldatura lasercapacità dopo la saldatura. L'effetto è brillante e ha la profondità della fibrasaldatura laser.
Nei semiconduttori si utilizza spesso un punto luminoso di grandi dimensioni, superiore a 400 µm, la cui funzione principale è quella di preriscaldare il materiale, fonderne la superficie e aumentarne il tasso di assorbimento del laser a fibra (il tasso di assorbimento del laser aumenta con l'aumentare della temperatura).
Laser ad anello: Due moduli laser a fibra emettono luce laser, che viene trasmessa alla superficie del materiale attraverso una fibra ottica composita (fibra ottica ad anello all'interno di una fibra ottica cilindrica).
Due fasci laser con spot anulare: l'anello esterno è responsabile dell'espansione dell'apertura del foro di penetrazione e della fusione del materiale, mentre l'anello laser interno è responsabile della profondità di penetrazione, consentendo una saldatura con spruzzi estremamente ridotti. I diametri del nucleo di potenza dei laser ad anello interno ed esterno possono essere liberamente adattati, offrendo una finestra di processo più flessibile rispetto a quella di un singolo fascio laser.
Confronto degli effetti della saldatura composita-circolare
Poiché la saldatura ibrida è una combinazione di saldatura a conducibilità termica a semiconduttore e saldatura a penetrazione profonda a fibra ottica, la penetrazione dell'anello esterno è meno profonda, la struttura metallografica è più nitida e sottile; allo stesso tempo, l'aspetto è di conducibilità termica, il bagno di fusione presenta piccole fluttuazioni, un'ampia gamma e il bagno di fusione è più stabile, riflettendosi in un aspetto più liscio.
Poiché il laser ad anello è una combinazione di saldatura a penetrazione profonda e saldatura a penetrazione profonda, l'anello esterno può anche produrre profondità di penetrazione, che può espandere efficacemente l'apertura del foro chiave. La stessa potenza ha una maggiore profondità di penetrazione e una metallografia più spessa, ma allo stesso tempo, la stabilità del bagno fuso è leggermente inferiore rispetto a La fluttuazione del semiconduttore a fibra ottica è leggermente maggiore di quella della saldatura composita e la rugosità è relativamente grande.
Data di pubblicazione: 20 ottobre 2023
