提升电动汽车铜焊接速度

新型 Coherent HIGHmotion 2D 远程焊接头和 Coherent HighLight FL-ARM 激光器均可在更大加工区域内实现铜深熔焊。

 

2023 年 9 月 12 日,作者:Coherent

Figure 1
HIGH-motion 2D 加工头结合了卓越的光学性能和操作可靠性,可实现经济高效的焊接生产。

 

Coherent 推出的两款新产品可在更大加工区域 (100 mm x 140 mm) 内进行铜深熔焊 (>3 mm)。这允许高速加工大型零件(如汇流排),因为系统可以在远距离的位置完成多项焊接任务,而无需实际移动加工头或组件。

这些新产品中的第一款产品是我们现有的 Coherent HIGHmotion 2D 远程焊接头的扩展版,其中包括较低的放大倍率选项。在与低数值孔径 (NA) 光纤激光器结合使用时,放大倍率较低的 HIGHmotion 2D 激光头能够以最小焦点偏移在更大的加工扫描区域内提供高亮度的小聚焦光斑。高亮度对于在铜上进行深熔焊至关重要,因为使用红外激光很难做到这一点。这种方法提供了更大的加工窗口,意味着工艺更加稳定、可靠且可重复。 

新型低倍率 HIGHmotion 2D 保留了这款经过行业验证的激光焊接扫描头的所有功能,包括定位精度、高功率稳定性,并且与 Coherent HIGHvisionSmartSense+ 兼容。 

第二款产品是我们的低数值孔径 (NA) 版本的 HighLight FL-ARM 光纤激光器。这款产品可以精确地提供所需的低数值孔径输入光束,以实现低倍率 HIGHmotion 2D 的最佳性能。此外,它还新增了 ARM 激光器的一项功能,能够单独控制和调制中心光束和环形光束功率。经验证,这项功能对于消除焊接铜时产生的飞溅非常有用。HighLight FL-ARM 还具有出色的后向反射保护能力,可提高运行可靠性。

 

Figure 2
Coherent HighLight™ FL-ARM 系列千瓦级光纤激光器可在各种具有挑战性的焊接任务中提供卓越的结果。

 

提高深熔焊的吞吐量

HighLight FL-ARM 激光器在铜焊接领域已经取得了巨大成功。随着制造商努力扩大这一成果,以提供汇流排焊接等电动汽车任务所需的深熔焊接,他们遇到了“速度限制”。

出现这种速度限制的原因之一是 F-theta 透镜扫描区域的范围有限。在该区域,激光可以在不移动任何组件的情况下(扫描镜本身除外)进行焊接。移动零件或焊头需要时间,因此扫描区域越小,需要移动的零件就越多,整体工艺产量也越慢。

是什么阻碍了扫描区域变大呢?问题在于,增加 Ftheta 扫描镜头的视场尺寸意味着需要增加其焦距,这也会使焦点光斑的尺寸变大(假设其他条件保持不变)。但小而亮度高的光斑对于实现更深焊接所需的材料渗透至关重要。在某些时候,光斑变得太大就无法提供所需的亮度。动画演示中对此进行了说明。

 

highmotion-2d-plus-highlight-fl-arm.gif

 

通过增加输入准直器的焦距可以减小光斑尺寸;这是一个透镜系统,用于收集来自激光的发散光并准备使其通过扫描光学器件。这样做会降低整个系统的放大倍数。

问题在于,增加准直器焦距意味着需要将激光源移动到离它更远的地方。并且,在某些时候,发散激光束的直径会变得太大,无法在不被部分切断的情况下穿过准直器和扫描光学器件。这是不可取的,因为损失任何激光都会降低焦点光斑的亮度,让我们再次陷入了同样的困境。 

这里的解决方案是首先减少激光源的发散度。或者用光学术语来说,降低其数值孔径 (NA),这是光束发散角测量指标。这允许使用更长焦距的准直器而不会造成任何光损失,进而允许使用更长焦距(更宽视场)的 F-theta 扫描透镜。这种组合可在大扫描场中提供小的(高亮度)聚焦光斑。问题解决了。

除此之外,在不降低功率或导致输出出现任何其他下降的情况下,大幅降低光纤激光器的数值孔径并不是那么容易做到的。这就是为什么 Coherent 是第一家也是目前唯一一家能够实现该目标的公司。这就是为什么新的低放大倍率 HIGHmotion 2D 加工头(特别是与新的低数值孔径 HighLight FL-ARM 激光器配合使用时),可以提升铜深熔焊速度的原因。

详细了解 Coherent HIGHmotion 2DCoherent HighLight FL-ARM 激光器。