激光制造具有易于操作、非接觸、高柔性、高效率、高質量和節能環保等突出優點，是切割、焊接、表面處理、高性能復雜構件制造和精密制造的主流手段，被譽為“萬能加工工具”“未來制造系統共同的加工手段”，引領了先進制造業的發展，對工業智能化進程產生深遠影響。
隨著新能源等領域的興起，金、銅、鋁等高反材料用量呈指數級增加。但由于高反材料對于紅外激光的吸收率極低，且在熔點附近的吸收率突變，熔池極度不穩定，容易產生氣孔和飛濺問題，使得紅外激光器在對加工質量要求極高的應用場景下顯得力不從心。因此，需要有更適合的工具以匹配產業需求。
由「圖1」可以直觀看出：金、鋁、銅以及其它金屬在面對不同波長光束時，具有完全不同的吸收特性；幾乎所有對紅外波段高反的金屬材料在面對藍光時，吸收率都有大幅提升（例如，銅對藍光的吸收率高于紅外12倍，金則高于紅外達65倍）。
圖1
高吸收率，意味著更高的能量利用率和更低的能耗（以銅焊接為例，藍光激光器所需的能耗僅為紅外激光器的16%，而在金焊接上甚至降低了驚人的92%）。但由于銅具有卓越的熱傳導性能，當面臨較厚的銅構件焊接或銅合金熔覆任務時，需要高亮度和高功率的藍光激光器才能確保優質的焊接和熔覆效果。
藍光激光器是一種基于GaN芯片的半導體激光器，受限于現有技術水平，GaN激光芯片功率還不高，光束質量指標相比光纖激光器及固體激光器差，很難實現高功率密度、高光束質量的激光輸出，因此目前單獨采用藍光激光器還無實現超過1mm以上的較厚銅材料的焊接。
針對上述技術瓶頸，一種基于科學理論與實踐相結合的新型紅藍復合激光技術孕育而生：利用高吸收率的藍光激光對工件表面或粉末狀材料進行預熱和初步熔化，以此最大程度減少材料對激光能量的反射損失。同時，高功率紅外激光作用于相同的材料表面，并在材料內部形成穩定的深熔焊小孔效應。這一過程可有效擴大熔池體積，并優化其穩定性，從而顯著減少在傳統焊接過程中常見的飛濺、炸孔等不良現象，在銅、鋁等高反金屬材料上實現高質量的深熔焊接。
基于上述紅藍復合激光技術和大量的實驗驗證，廣東硬科院設計開發了藍光+紅外雙光束復合一體激光器(BIRF-800-3000)，并于2023年3月在慕尼黑上海光博會上發布上述產品，以前沿科技重新定義高反材料加工技術。
圖2 藍光+紅外雙光束復合一體激光器
(BIRF-800-3000)
此款藍光+紅外雙光束復合一體激光器(BIRF-800-3000)通過一體化設計，雙端光纖輸出800W(800μm芯徑)455nm藍光和3000W(20μm芯徑)1080nm紅外激光，具有控制一體化、占地面積小、移動靈活、方便集成等特點，可應用于多種有色金屬、不銹鋼以及異種材料的加工，能實現銅、鋁等高反材料的無飛濺或少飛濺焊接，焊接部位成形美觀、缺陷少、重復性好，尤其適用于新能源電池、電動汽車三電系統零部件、電力銅排等產品的焊接加工。
圖3 此款激光器技術參數
此款激光器充分發揮藍光高吸收率+紅光高能量密度優勢，目前已成功應用于新能源、電動汽車領域銅材加工等場景，例如：扁線電機Hairpin、逆變器、IGBT、電感線圈等；還可用于方形電池鋁殼頂蓋、轉接片、電池極耳、密封釘等電池部位的焊接，具有焊接飛濺少、焊接效率高、焊接質量可靠等優勢。
以下為部分電動汽車領域的客戶樣品展示：
圖4 扁線電機焊接樣品
圖5 感應線圈焊接樣品
圖6 轉接片焊接樣品
圖7 鋁合金焊接樣品
藍光與紅外雙劍合璧，共同鑄就了這款藍光+紅外雙光束復合焊接一體激光器，它直擊高反材料焊接痛點，打破傳統焊接瓶頸，全面提升焊接效率和質量，助力中國激光加工及智能制造行業的高速發展。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
