Süre fiber lazer Kaynak için kullanılan birincil lazer kaynağı olan yakın kızılötesi (IR) dalga boyu çıkışı, özellikle bakır olmak üzere bazı metaller tarafından yüksek oranda yansıtılır; bu da bu malzemelerin işlenmesindeki etkinliğini sınırlar. Sonuç olarak, bu dalga boylarının bakır tarafından daha kolay emilmesi nedeniyle, yüksek güçlü katı hal yeşil lazerler bakır kaynağı için potansiyel bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, bu yeşil lazerlerin çeşitli pratik sınırlamaları vardır ve bu da nihayetinde daha yüksek işletme maliyetlerine yol açar.

Bu makale, yeni bir tür kullanılarak yapılan bakır kaynaklama üzerine son testleri tanıtmaktadır. fiber lazer Yüksek parlaklıkta merkezi ışın ve ayarlanabilir halka modu (ARM) ile donatılmıştır. Piyasada bulunan kilovat sınıfı yeşil lazerlerle karşılaştırıldığında, yüksek parlaklıkta ARM özelliğine sahiptir. fiber lazer Bakır kaynak işlerinde üstün kaynak kalitesi, çeşitli kaynak hızlarında daha iyi nüfuziyet ve maliyet etkinliği avantajları elde edildi. Bu sonuçlar, nasıl fiber lazerler Zorlu bakır kaynak uygulamaları için düşük maliyet, güvenilirlik ve pratiklik sunar.

Elektrikli Araç İmalatı

Hızla büyüyen elektrikli araç (EV) üretim sektörü, bakır kaynak çözümlerine olan talebi önemli ölçüde artırmıştır. Diğer metallere kıyasla bakır, ideal elektriksel, termal, mekanik ve maliyet özelliklerine sahiptir; bu da onu statorlar, bataryalar ve güç dağıtım sistemleri gibi bileşenler için elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan bir malzeme haline getirmektedir. Bu bileşenlerin ve sistemlerin birçoğu bakır kaynağı gerektirmektedir.

Ancak, bakırın yüksek iletkenliği ve termal özellikleri onu bu uygulamalar için ideal bir malzeme yaparken, geleneksel yöntemlerle kullanıldığında bazı zorluklar da ortaya çıkarmaktadır. fiber lazerler Kaynaklama için. Özellikle, elektronik özellikleri, yakın kızılötesi dalga boyunda yüksek yansıtıcılığa neden olur. fiber lazerlerDahası, bakırın mükemmel ısı iletkenliği, malzemeyi eritmek ve kaynak işlemini başlatmak için önemli miktarda lazer enerjisi gerektirir.

Dolayısıyla, geleneksel yöntemleri kullanarak fiber lazerler Malzemenin eritilmesi için gereken güç yoğunluğuna ulaşmak genellikle son derece yüksek güç gerektirir. Bununla birlikte, bu "kaba kuvvet" yöntemi, kaynak işlemini kararsız hale getirebilir ve küçük yüzey değişikliklerine karşı son derece hassas hale getirebilir. Özellikle, lokalize yüzey oksidasyonu veya küçük ölçekli yüzey düzensizlikleri, işlem kararsızlığına yol açarak tutarsız kaynaklara, düşük yüzey kalitesine ve gözenekliliğe neden olabilir. Ayrıca, sıçrama yaygın bir sorundur ve zaman alıcı işlem sonrası işlemlere veya verim düşüşüne yol açabilir.

Katı Hal Yeşil Lazerler

Bakır, oda sıcaklığında olmak kaydıyla, yakın kızılötesi ışığa kıyasla yeşil ışığı çok daha verimli bir şekilde emer. Yeşil lazerlerden gelen enerji, iş parçasıyla daha etkili bir şekilde etkileşime girerek, geleneksel yöntemlere göre daha istikrarlı ve daha az hassas bir işlem sağlar. fiber lazerlerBu nedenle, bazı üreticiler yüksek güçlü katı hal yeşil lazerler kullanırken, diğerleri bunların potansiyelini değerlendiriyor.

Ancak, yüksek güçlü yeşil lazerlerin elektrikli araç üretiminde kullanılmasında önemli pratik sorunlar bulunmaktadır. Bu sorunlar, yeşil lazerlerin doğasında var olan özellikler ve yapıdan kaynaklanmaktadır.

Yeşil lazerler, yakın kızılötesi lazer ışığının frekans ikiye katlanmasıyla üretilebilir; bu da katı hal yeşil lazerlerin oluşmasına yol açar. fiber lazerler veya disk lazerler. Bu teknoloji düşük güç (kilovat altı) uygulamalarında yaygın olarak kullanılırken, kilovat seviyesinde güç gerektiren çoğu endüstriyel bakır kaynak işinde zorluklarla karşılaşmaktadır. Özellikle, frekans ikiye katlama işleminin verimliliği yaklaşık %50'dir. Bu nedenle, 2 kW yeşil ışık çıkışı üretmek için 4 kW'lık tek modlu bir kızılötesi lazer gereklidir. Kullanılmayan enerji ısıya dönüşür ve bu ısı su soğutma sistemleri ile dağıtılmalıdır. Bu durum, bu lazerleri enerji verimsiz hale getirerek daha yüksek işletme maliyetlerine ve büyük miktarda soğutma suyuna ihtiyaç duyulmasına yol açar. Ek olarak, yüksek güç nedeniyle, frekans ikiye katlama kristalleri zamanla bozulur ve sürekli izleme yapılmadığı takdirde güvenilirlik ve arıza süreleri sorunlarına neden olabilir.

HighLight™ ARM Fiber Lazer

Fiber lazerler Katı hal yeşil lazerlere göre çok daha enerji verimlidirler. Başka bir deyişle, aynı nominal çıkışı sağlamak için daha az güç gerektirirler ve daha az atık ısı üretirler. Bu, işletme maliyetlerini düşürür ve soğutmayı kolaylaştırır. Dahası, fiber lazerler Optik fiberler son derece güvenilirdir ve kızılötesi ışığı verimli bir şekilde iletir. Ancak, bu ideal özelliklerine rağmen, fiber lazerler Daha önce belirtilen zorluklar nedeniyle bakır kaynak işlemlerinde yaygın olarak kullanılmamıştır.

Yüksek güç fiber lazerler Bir süredir otomotiv üretiminde başarıyla kullanılmaktadır. Bununla birlikte, özellikle hafif malzemeler için elektrikli araç üretimindeki en zorlu kaynak işlemleri, temel enerji ve yüksek güçten daha fazlasını gerektirir. Pratikte, birçok uygulama şunları içerir:

Çok ince veya ısıya duyarlı malzemeler

Alüminyum, bakır ve yüksek mukavemetli çelikler gibi kaynak yapılması "zor" malzemeler.

Farklı malzemeler içeren bağlantılar

Bu daha zorlu görevlerin üstesinden gelmek için lazerin iki temel işlevi yerine getirmesi gerekir. Birincisi, gerekli çıktıyı desteklemek için yeterli enerji sağlamalıdır. Daha kalın parçalar için, yeterli malzeme penetrasyonu sağlamak için yüksek güç de gereklidir. İkincisi, lazer, çalışma yüzeyi boyunca gücün dağılımını -hem birim alan başına enerji yoğunluğu hem de birim zaman başına enerji yoğunluğu açısından- hassas bir şekilde kontrol etmelidir.

Coherent, ayarlanabilir halka modu (ARM) özelliğine sahip HighLight serisini tanıttı. fiber lazerlerBu ışık kaynaklarının maliyet ve pratik faydalarını, geleneksel teknolojilerin tam olarak karşılayamadığı uygulamalara getiren bu teknolojilerde, yüksek kaliteli kaynaklar üretmek için (sıçramayı azaltmak, çatlakları en aza indirmek ve gözenekliliği azaltmak) çalışma yüzeyindeki güç dağılımını ve güç yoğunluğunu dikkatlice kontrol etmek çok önemlidir. Tipik örnekler arasında galvanizli çeliğin sıfır boşluklu kaynağı, güç aktarma organı bileşenlerinin düşük sıçramalı kaynağı ve dolgu teli kullanılmadan çatlak oluşmayan alüminyum süspansiyon parçalarının kaynağı yer almaktadır.

Uzamsal güç dağılımının bu hassas kontrolü, ARM lazerinin benzersiz ışın çıkışı sayesinde elde edilir; bu çıkış, merkezi bir nokta ve ek bir eş merkezli halka şeklindeki ışından oluşur. Merkezi ve halka şeklindeki ışınların gücü, erimiş havuz dinamikleri üzerinde ince kontrol sağlamak için bağımsız olarak ayarlanabilir ve özelleştirilebilir.

ARM Fiber Lazer ile Bakır Kaynak Sonuçları

Coherent'in uygulama mühendisleri, ARM cihazını kullanarak bir dizi bakır kaynak testi gerçekleştirdi. fiber lazer 22 µm'lik yüksek parlaklıkta merkezi bir ışın ve 100 µm/170 µm iç/dış çaplı halka şeklinde bir ışın kullanıldı. Kaynak malzemesi saf bakırdı. Tüm testlerde 4 kW lazer gücü kullanıldı; merkezi ışın için 1.5 kW ve halka şeklindeki ışın için 2.5 kW. Deneyler, odak konumunun malzeme yüzeyinin 1.5 mm yukarısına ayarlanmasıyla en iyi kaynak kalitesinin elde edildiğini gösterdi. Bu konum, kaynak penetrasyon derinliği ve kalitesi arasında iyi bir denge sağlıyor.

Kaynak Verimliliği

ARM'nin kaynak verimliliği fiber lazer Ölçülen sonuçlar, 2 kW'lık yeşil lazer için yayınlanan sonuçlarla karşılaştırıldı. Her iki kaynak testinde de koruyucu gaz olarak azot kullanıldı. Yeşil lazerin 0.5 mm²'lik sabit bir kaynak kesitine ve yaklaşık 1 mm'lik bir penetrasyon derinliğine sahip olduğu bildirildi. ARM lazeriyle benzer sonuçlar elde etmek için, yeşil lazerin 200 mm/s'lik kaynak hızına kıyasla, 3.5 kW çıkış gücüne ve 300 mm/s'lik bir kaynak hızına ihtiyaç duyuldu.

Yüzey kalitesi

Bir diğer önemli husus da yüzey kalitesidir. Geleneksel fiber lazerler Bakır kaynak yapabilirler ancak yüzey kalitesindeki değişikliklere karşı oldukça hassastırlar. Yüksek parlaklıkta ARM fiber lazer Hem zımparalanmış hem de cilalanmış bakır yüzeylerde istikrarlı kaynak kalitesini korudu.

Sonuç

Bu testler, Coherent'in benzersiz yüksek parlaklık ARM teknolojisinin performansını göstermektedir. fiber lazer Elektrikli araçlardaki zorlu bakır kaynak uygulamaları için pratik bir çözümdür. Kaynak penetrasyon derinliği ve işlem hızı, mevcut üretim gereksinimlerini karşılar veya aşar. Tarihsel olarak, yüzey kalitesi hassasiyeti ve işlem istikrarsızlığı, kullanımını sınırlamıştır. fiber lazerler Bakır kaynağı için kullanılan bu lazerler, ARM lazerlerin üstesinden geldiği sorunlarla karşı karşıyadır. Maliyet etkinliği, güvenilirliği ve pratik avantajlarıyla bu yeni ARM lazer, sektörde öne çıkmaktadır. fiber lazer Bu teknoloji, birçok endüstriyel uygulama için tercih edilen seçenek haline gelmiş ve nihayetinde tüm bu avantajları zorlu bakır kaynak işlerine de taşımıştır.