激光制造具有易于操作、非接觸、高柔性、高效率、高質(zhì)量和節(jié)能環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)，是切割、焊接、表面處理、高性能復(fù)雜構(gòu)件制造和精密制造的主流手段，被譽(yù)為“萬能加工工具”“未來制造系統(tǒng)共同的加工手段”，引領(lǐng)了先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)智能化進(jìn)程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
隨著新能源等領(lǐng)域的興起，金、銅、鋁等高反材料用量呈指數(shù)級(jí)增加。但由于高反材料對(duì)于紅外激光的吸收率極低，且在熔點(diǎn)附近的吸收率突變，熔池極度不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生氣孔和飛濺問題，使得紅外激光器在對(duì)加工質(zhì)量要求極高的應(yīng)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(chǎn)業(yè)需求。
由「圖1」可以直觀看出：金、鋁、銅以及其它金屬在面對(duì)不同波長光束時(shí)，具有完全不同的吸收特性；幾乎所有對(duì)紅外波段高反的金屬材料在面對(duì)藍(lán)光時(shí)，吸收率都有大幅提升（例如，銅對(duì)藍(lán)光的吸收率高于紅外12倍，金則高于紅外達(dá)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(lán)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(dǎo)性能，當(dāng)面臨較厚的銅構(gòu)件焊接或銅合金熔覆任務(wù)時(shí)，需要高亮度和高功率的藍(lán)光激光器才能確保優(yōu)質(zhì)的焊接和熔覆效果。
藍(lán)光激光器是一種基于GaN芯片的半導(dǎo)體激光器，受限于現(xiàn)有技術(shù)水平，GaN激光芯片功率還不高，光束質(zhì)量指標(biāo)相比光纖激光器及固體激光器差，很難實(shí)現(xiàn)高功率密度、高光束質(zhì)量的激光輸出，因此目前單獨(dú)采用藍(lán)光激光器還無實(shí)現(xiàn)超過1mm以上的較厚銅材料的焊接。
針對(duì)上述技術(shù)瓶頸，一種基于科學(xué)理論與實(shí)踐相結(jié)合的新型紅藍(lán)復(fù)合激光技術(shù)孕育而生：利用高吸收率的藍(lán)光激光對(duì)工件表面或粉末狀材料進(jìn)行預(yù)熱和初步熔化，以此最大程度減少材料對(duì)激光能量的反射損失。同時(shí)，高功率紅外激光作用于相同的材料表面，并在材料內(nèi)部形成穩(wěn)定的深熔焊小孔效應(yīng)。這一過程可有效擴(kuò)大熔池體積，并優(yōu)化其穩(wěn)定性，從而顯著減少在傳統(tǒng)焊接過程中常見的飛濺、炸孔等不良現(xiàn)象，在銅、鋁等高反金屬材料上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的深熔焊接。
基于上述紅藍(lán)復(fù)合激光技術(shù)和大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，廣東硬科院設(shè)計(jì)開發(fā)了藍(lán)光+紅外雙光束復(fù)合一體激光器(BIRF-800-3000)，并于2023年3月在慕尼黑上海光博會(huì)上發(fā)布上述產(chǎn)品，以前沿科技重新定義高反材料加工技術(shù)。
圖2 藍(lán)光+紅外雙光束復(fù)合一體激光器
(BIRF-800-3000)
此款藍(lán)光+紅外雙光束復(fù)合一體激光器(BIRF-800-3000)通過一體化設(shè)計(jì)，雙端光纖輸出800W(800μm芯徑)455nm藍(lán)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(dòng)靈活、方便集成等特點(diǎn)，可應(yīng)用于多種有色金屬、不銹鋼以及異種材料的加工，能實(shí)現(xiàn)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(fù)性好，尤其適用于新能源電池、電動(dòng)汽車三電系統(tǒng)零部件、電力銅排等產(chǎn)品的焊接加工。
圖3 此款激光器技術(shù)參數(shù)
此款激光器充分發(fā)揮藍(lán)光高吸收率+紅光高能量密度優(yōu)勢(shì)，目前已成功應(yīng)用于新能源、電動(dòng)汽車領(lǐng)域銅材加工等場景，例如：扁線電機(jī)Hairpin、逆變器、IGBT、電感線圈等；還可用于方形電池鋁殼頂蓋、轉(zhuǎn)接片、電池極耳、密封釘?shù)入姵夭课坏暮附樱哂泻附语w濺少、焊接效率高、焊接質(zhì)量可靠等優(yōu)勢(shì)。
以下為部分電動(dòng)汽車領(lǐng)域的客戶樣品展示：
圖4 扁線電機(jī)焊接樣品
圖5 感應(yīng)線圈焊接樣品
圖6 轉(zhuǎn)接片焊接樣品
圖7 鋁合金焊接樣品
藍(lán)光與紅外雙劍合璧，共同鑄就了這款藍(lán)光+紅外雙光束復(fù)合焊接一體激光器，它直擊高反材料焊接痛點(diǎn)，打破傳統(tǒng)焊接瓶頸，全面提升焊接效率和質(zhì)量，助力中國激光加工及智能制造行業(yè)的高速發(fā)展。
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