近日,德國一個合作研究團隊宣布了一項進展,他們共同合作提供了迄今為止最詳細的激光焊接工藝見解。該聯(lián)合團隊首次清晰地證明,通過使用綠色波長的激光器,在焊接高性能電子產(chǎn)品時可以節(jié)省原材料。
該團隊包括了通快(TRUMPF)、德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所(Fraunhofer ILT)和德國亥姆霍茲協(xié)會旗下大型粒子物理學(xué)研究機構(gòu)DESY合作完成的一項調(diào)查的結(jié)果。每一輛電動汽車都配備了高性能電子設(shè)備,作為一項關(guān)鍵技術(shù),它確保了電池和電機的最佳性能。
上述多家企業(yè)與機構(gòu)通力合作,正致力于研究用于制造電動汽車的激光焊接工藝,分別貢獻了他們在X射線、激光源和焊接工藝方面的高度專業(yè)知識。他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用綠色波長的激光時,產(chǎn)生的廢品率遠遠低于其他激光焊接工藝,從而幫助汽車制造商大幅節(jié)省了原材料,并有益于實現(xiàn)更可持續(xù)的制造。
研究過程中,他們以每秒幾千到一萬幀的速度拍攝高速圖像,希望借助粒子加速器X射線來研究了解到底是什么導(dǎo)致了銅焊接效果的不同。
弗勞恩霍夫工業(yè)技術(shù)研究所(Fraunhofer ILT)的科學(xué)家Marc Hummel指出,穩(wěn)定的焊接過程非常重要,因為電動汽車制造商通常需要完成數(shù)十億個高質(zhì)量的連接。未來,通快(TRUMPF)和Fraunhofer ILT計劃將研究擴展到其他領(lǐng)域,如3D打印、激光切割和超短脈沖激光打孔,并將其他行業(yè)合作伙伴納入上述合作團隊。
采用綠色波長激光器,廢品率更低
在電動汽車制造過程中,對激光技術(shù)提出了非常大的挑戰(zhàn)。銅是制造電動汽車核心部件的最重要材料,這種有色金屬在近紅外(NIR)范圍內(nèi)僅吸收約5%的激光輻射,并且導(dǎo)熱性非常好。遺憾的是,這兩種特性在焊接時都會導(dǎo)致相當(dāng)大的問題。因此,這些工藝流程通常需要后續(xù)嚴(yán)密的核檢。
除了近紅外激光器,通快的產(chǎn)品系列中也有綠色波長的激光器。通快汽車行業(yè)經(jīng)理Mauritz Mοller指出:“具有綠色波長的激光器是解決這個問題的辦法。事實上,使用這些激光器可以更好地焊接銅?!?/p>
銅吸收綠色波長比吸收紅外線要好得多。由于材料更快地達到其熔化溫度,焊接過程也開始得更快,所需的激光功率也更少。最后,更穩(wěn)定的焊接過程也會帶來更低的廢品率,從而有助于實現(xiàn)更加可持續(xù)的制造。
粒子加速器實驗
為了詳細研究焊接過程,來自德國弗勞恩霍夫工業(yè)技術(shù)研究所的專家們與德國亞琛工業(yè)大學(xué)激光技術(shù)研究所達成了合作,他們在德國亥姆霍茲中心的實驗裝置上使用了DESY的PETRA III X射線光源。
Marc Hummel解釋稱:“傳統(tǒng)的方法實際上只能看到等離子體的電磁發(fā)射。有了DESY的輻射,我們不僅可以看到融化的內(nèi)部,而且我們甚至可以看到融化的實時動態(tài)。”
為此,來自Fraunhofer ILT和通快的團隊使用兩種不同的激光系統(tǒng)(近紅外激光器和綠色波長激光器)研究了DESY的激光焊接過程。Mauritz Mοller表示:“對我們而言,這是一個研究工業(yè)零件焊接工藝的好機會。例如,飛濺和氣孔是如何形成的,焊接過程中的熱量是如何影響電子部件等敏感部件的。”
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