Habang fiber laser Ang laser ay isang pangunahing pinagmumulan ng laser para sa hinang, ang near-infrared (IR) wavelength output nito ay lubos na naaaninag ng ilang mga metal, lalo na ang tanso, na naglilimita sa bisa nito para sa pagproseso ng mga materyales na ito. Bilang resulta, ang mga high-power solid-state green laser ay lumitaw bilang isang potensyal na alternatibo para sa hinang ng tanso, dahil ang mga wavelength na ito ay mas madaling masipsip ng tanso. Gayunpaman, ang mga green laser na ito ay may ilang praktikal na limitasyon, na sa huli ay humahantong sa mas mataas na gastos sa pagpapatakbo.

Ipinakikilala ng artikulong ito ang mga kamakailang pagsubok sa hinang na tanso gamit ang isang bagong uri ng fiber laser na may high-brightness central beam at adjustable ring mode (ARM). Kung ikukumpara sa mga komersyal na makukuhang kilowatt-class green laser, ang high-brightness ARM fiber laser nakamit ang superior na kalidad ng hinang, mas mahusay na pagtagos sa iba't ibang bilis ng hinang, at mga bentahe sa gastos para sa mga gawain sa hinang na tanso. Ipinapakita ng mga resultang ito kung paano fiber lasers nag-aalok ng mababang gastos, maaasahan, at praktikalidad para sa mahihirap na aplikasyon sa welding na tanso.

Paggawa ng Electric Vehicle

Ang umuusbong na industriya ng paggawa ng mga electric vehicle (EV) ay lubos na nagtulak sa pangangailangan para sa mga solusyon sa welding ng tanso. Kung ikukumpara sa ibang mga metal, ang tanso ay may mainam na mga katangiang elektrikal, thermal, mekanikal, at gastos, na siyang dahilan kung bakit malawak itong ginagamit sa mga electric vehicle para sa mga bahagi tulad ng mga stator, baterya, at mga sistema ng pamamahagi ng kuryente. Marami sa mga bahagi at sistemang ito ay gumagamit ng welding ng tanso.

Gayunpaman, habang ang mataas na kondaktibiti at mga katangiang thermal ng tanso ay ginagawa itong isang mainam na materyal para sa mga aplikasyong ito, nagdudulot din ang mga ito ng mga hamon kapag gumagamit ng tradisyonal na fiber lasers para sa hinang. Partikular, ang mga elektronikong katangian nito ay nagreresulta sa mataas na repleksyon sa malapit-infrared na wavelength ng fiber lasersBukod dito, ang mahusay na thermal conductivity ng tanso ay nangangailangan ng malaking dami ng enerhiya ng laser upang matunaw ang materyal at masimulan ang proseso ng hinang.

Kaya naman, gamit ang tradisyonal na fiber lasers kadalasang nangangailangan ng napakataas na lakas upang maabot ang kinakailangang densidad ng lakas para sa pagtunaw ng materyal. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ng "brute force" ay maaaring gawing hindi matatag ang proseso ng hinang at lubhang sensitibo sa maliliit na pagbabago sa ibabaw. Sa partikular, ang lokal na oksihenasyon ng ibabaw o maliliit na iregularidad sa ibabaw ay maaaring magdulot ng kawalang-tatag ng proseso, na humahantong sa hindi pare-parehong mga hinang, mahinang kalidad ng ibabaw, at porosity. Bukod pa rito, ang pagtalsik ay isang karaniwang isyu, na nangangailangan ng matagal na pagproseso pagkatapos ng pagtunaw o humahantong sa nabawasang ani.

Mga Solid-State Green Laser

Mas mahusay na sinisipsip ng tanso ang berdeng liwanag kaysa sa malapit-infrared na liwanag, ngunit sa temperatura lamang ng silid. Ang enerhiya mula sa mga berdeng laser ay mas epektibong nakakabit sa workpiece, na nagbibigay-daan sa isang mas matatag at hindi gaanong sensitibong proseso kaysa sa tradisyonal. fiber lasersSamakatuwid, ang ilang mga tagagawa ay gumagamit ng mga high-power solid-state green laser, habang ang iba ay sinusuri ang kanilang potensyal.

Gayunpaman, may mga mahahalagang praktikal na isyu sa pag-deploy ng mga high-power green laser para sa paggawa ng mga de-kuryenteng sasakyan. Ang ilang mga hamon ay nagmumula sa mga likas na katangian at istruktura ng mga green laser na ito.

Ang mga berdeng laser ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng liwanag ng laser na malapit sa infrared na nagdodoble ng dalas, na nagreresulta sa solid-state green. fiber lasers o mga disc laser. Bagama't malawakang ginagamit ang teknolohiyang ito sa mga aplikasyon na mababa ang lakas (sub-kilowatt), nahaharap ito sa mga kahirapan sa karamihan ng mga gawaing pang-industriya na hinang ng tanso na nangangailangan ng lakas na nasa antas ng kilowatt. Sa partikular, ang proseso ng pagdodoble ng dalas ay may kahusayan na humigit-kumulang 50%. Kaya, kinakailangan ang isang 4 kW single-mode infrared laser upang makagawa ng 2 kW green light output. Ang hindi nagamit na enerhiya ay nagiging init, na dapat ilabas ng mga water-cooling system. Ginagawa nitong hindi matipid sa enerhiya ang mga laser na ito, na humahantong sa mas mataas na gastos sa pagpapatakbo at nangangailangan ng malaking halaga ng tubig na pampalamig. Bukod pa rito, dahil sa mataas na lakas, ang mga kristal ng pagdodoble ng dalas ay nasisira sa paglipas ng panahon, na posibleng magdulot ng mga isyu sa pagiging maaasahan at downtime nang walang patuloy na pagsubaybay.

HighLight™ ARM Fiber Laser

Mga fiber laser ay mas matipid sa enerhiya kaysa sa mga solid-state green laser. Sa madaling salita, mas kaunting kuryente ang kailangan nila para maihatid ang parehong rated output, na nagreresulta sa mas kaunting waste heat. Binabawasan nito ang mga gastos sa pagpapatakbo at pinapadali ang paglamig. Bukod dito, fiber lasers ay lubos na maaasahan at mahusay na nagpapadala ng infrared na liwanag sa pamamagitan ng mga optical fiber. Gayunpaman, sa kabila ng mga ideal na katangiang ito, fiber lasers ay hindi pa malawakang ginagamit para sa hinang na tanso dahil sa mga nabanggit na hamong ito.

Mataas na kapangyarihan fiber lasers ay matagumpay na ginamit sa produksyon ng sasakyan sa loob ng ilang panahon. Gayunpaman, ang pinakamahirap na gawain sa hinang sa produksyon ng EV, lalo na para sa mga magaan na materyales, ay nangangailangan ng higit pa sa pangunahing enerhiya at mataas na lakas. Sa pagsasagawa, maraming aplikasyon ang kinabibilangan ng:

Mga materyales na napakanipis o sensitibo sa init

Mga materyales na "mahirap" i-weld tulad ng aluminyo, tanso, at mga bakal na may mataas na lakas

Mga dugtungan na may iba't ibang materyales

Upang matugunan ang mas mahirap na mga gawaing ito, ang laser ay dapat magbigay ng dalawang pangunahing tungkulin. Una, dapat itong mag-alok ng sapat na enerhiya upang suportahan ang kinakailangang output. Para sa mas makapal na mga bahagi, kailangan din ng mataas na lakas upang makamit ang sapat na pagtagos ng materyal. Pangalawa, dapat na tumpak na kontrolin ng laser kung paano ipinamamahagi ang lakas sa buong ibabaw na pinagtatrabahuhan—kapwa sa mga tuntunin ng densidad ng enerhiya bawat yunit ng lawak at densidad ng enerhiya bawat yunit ng oras.

Ipinakilala ng Coherent ang serye ng HighLight ng adjustable ring mode (ARM) fiber lasers, na nagdadala ng gastos at praktikal na mga benepisyo ng mga pinagmumulan ng liwanag na ito sa mga aplikasyon na hindi lubos na matutugunan ng mga tradisyunal na teknolohiya. Sa mga gawaing ito, mahalagang maingat na kontrolin ang pamamahagi ng kuryente at densidad ng kuryente sa ibabaw ng trabaho upang makagawa ng mataas na kalidad na mga hinang (pagbabawas ng pagtalsik, pagliit ng mga bitak, at pagbabawas ng porosity). Kabilang sa mga karaniwang halimbawa ang zero-gap welding ng galvanized steel, low-spatter welding ng mga bahagi ng powertrain, at crack-free aluminum suspension parts welding nang walang filler wire.

Ang tumpak na kontrol na ito ng distribusyon ng kuryente sa espasyo ay nakakamit sa pamamagitan ng natatanging output ng beam ng ARM laser, na binubuo ng isang gitnang lugar at isang karagdagang concentric annular beam. Ang lakas ng gitnang at annular beam ay maaaring i-adjust at i-customize nang nakapag-iisa upang makamit ang mahusay na kontrol sa dinamika ng tinunaw na pool.

Mga Resulta ng Pagwelding ng Tanso gamit ang ARM Fiber Laser

Ang mga application engineer ng Coherent ay nagsagawa ng serye ng mga pagsubok sa hinang na tanso gamit ang ARM fiber laser na may mataas na liwanag na gitnang sinag na 22 µm at isang annular beam na may 100 µm/170 µm na panloob/panlabas na diyametro. Ang materyal na panghinang ay purong tanso. Ang lahat ng mga pagsubok ay gumamit ng 4 kW na lakas ng laser, na may 1.5 kW para sa gitnang sinag at 2.5 kW para sa annular beam. Ipinakita ng mga eksperimento na kapag inaayos ang posisyon ng focal sa 1.5 mm sa itaas ng ibabaw ng materyal, nakamit ang pinakamahusay na kalidad ng hinang. Ang posisyong ito ay nakakamit ng mahusay na balanse sa pagitan ng lalim at kalidad ng pagtagos ng hinang.

Kahusayan ng Welding

Ang kahusayan ng hinang ng ARM fiber laser ay sinukat at inihambing sa mga resultang inilathala para sa isang 2 kW green laser. Ang parehong mga pagsubok sa hinang ay gumamit ng nitrogen bilang shielding gas. Ang green laser ay naiulat na mayroong constant weld cross-section na 0.5 mm² at lalim ng pagtagos na humigit-kumulang 1 mm. Upang makamit ang katulad na mga resulta sa ARM laser, nangailangan ito ng 3.5 kW output power at bilis ng hinang na 300 mm/s, kumpara sa bilis ng hinang na 200 mm/s ng green laser.

Kalidad ng Ibabaw

Isa pang mahalagang konsiderasyon ay ang kalidad ng ibabaw. Tradisyonal fiber lasers maaaring magwelding ng tanso ngunit lubos na sensitibo sa mga pagbabago sa kalidad ng ibabaw. Ang mataas na liwanag na ARM fiber laser napanatili ang matatag na kalidad ng hinang sa parehong liha at pinakintab na mga ibabaw ng tanso.

Konklusyon

Ipinapakita ng mga pagsubok na ito na ang natatanging high-brightness ARM ng Coherent fiber laser ay isang praktikal na solusyon para sa mga mahihirap na aplikasyon ng hinang na tanso sa mga de-kuryenteng sasakyan. Ang lalim ng pagtagos ng hinang at bilis ng pagproseso ay nakakatugon o lumalampas sa kasalukuyang mga kinakailangan sa produksyon. Ayon sa kasaysayan, ang sensitibidad sa kalidad ng ibabaw at kawalang-tatag ng proseso ay naglimita sa paggamit fiber lasers para sa welding na tanso, ngunit nalalampasan ng mga ARM laser ang mga isyung ito. Ang bagong ARM laser na ito, kasama ang pagiging epektibo sa gastos, pagiging maaasahan, at praktikal na mga bentahe, ay nagpoposisyon fiber laser teknolohiya bilang ang ginustong pagpipilian para sa maraming aplikasyong pang-industriya, na sa huli ay nagdadala ng lahat ng mga bentaheng ito sa mga mahihirap na gawain sa pagwelding ng tanso.