德國TRUMPF（通快）于2023年4月20日發(fā)布新聞稿：TRUMPF、弗勞恩霍夫ILT和DESY的合作研究介紹了迄今為止最詳細(xì)的激光焊接工藝，這要?dú)w功于粒子加速器/弗勞恩霍夫?qū)＜襇arc Hummel，研究人員首次清楚地證明，通過使用綠色波長的激光器，在焊接高性能電子產(chǎn)品時可以節(jié)省原材料。

在高性能電子產(chǎn)品的焊接中，可以節(jié)省大量的原材料。這是在德國漢堡亥姆霍茲協(xié)會大型粒子物理學(xué)研究機(jī)構(gòu)DESY進(jìn)行的一項調(diào)查結(jié)果。每一輛電動汽車都配備了高性能電子設(shè)備，作為一項關(guān)鍵技術(shù)，它確保了電池和電機(jī)的最佳性能。漢堡的研究人員與高科技公司TRUMPF和弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所(Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT)一起，目前正在研究用于制造電動汽車的激光焊接工藝。TRUMPF, Fraunhofer ILT, DESY和亥姆霍茲中心各自提供了他們在X射線，激光源和焊接工藝方面的高度專業(yè)知識。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)使用綠色波長的激光時，產(chǎn)生的廢品率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他激光焊接工藝。能夠使汽車制造商節(jié)省原材料，從而有助于制造的可持續(xù)性。

圖1：金屬陶瓷基板的“綠色”激光光束焊接。Photo: FraunhoferILT

項目合作伙伴利用赫倫實(shí)驗裝置的粒子加速器的明亮X射線進(jìn)行研究，以每秒幾千到一萬幀的速度拍攝高速圖像。研究人員想利用粒子加速器的研究來找出到底是什么導(dǎo)致了銅焊接工藝的不同。穩(wěn)定的焊接過程非常重要，因為電動汽車制造商必須焊接數(shù)十億個最高質(zhì)量的連接，弗勞恩霍夫工業(yè)技術(shù)研究所(Fraunhofer ILT)的科學(xué)家馬克·哈梅爾(Marc Hummel)稱。未來，TRUMPF和Fraunhofer ILT計劃將研究擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，如3D打印、激光切割和超短脈沖激光打孔，并將其他行業(yè)合作伙伴納入研究領(lǐng)域。

圖2：粒子加速器的研究。TRUMPF和Fraunhofer lT在位于德國漢堡的DESY的粒子加速器上進(jìn)行了激光焊接研究。Photo: TRUMPF

采用了綠色波長的激光器，廢品率更低

電動汽車對激光技術(shù)提出了重大挑戰(zhàn)。銅是制造電動汽車核心部件的最重要材料。這種有色金屬在近紅外(NIR)范圍內(nèi)僅吸收約5%的激光輻射，并且導(dǎo)熱性非常好。這兩種特性在焊接時都會導(dǎo)致相當(dāng)大的問題。除了近紅外激光器，TRUMPF在其產(chǎn)品系列中也有綠色波長的激光器。通快汽車行業(yè)經(jīng)理Mauritz M?ller稱，具有綠色波長的激光器是解決這個問題的辦法。使用這些激光器可以更好地焊接銅，銅吸收綠色波長比吸收紅外線要好得多。由于材料更快地達(dá)到其熔化溫度，焊接過程也開始得更快，所需的激光功率也更少。更穩(wěn)定的焊接過程意味著更少的廢品率，從而具有更大的可持續(xù)性，這是電動汽車制造的主要問題。

圖3：激光焊接工藝研究。通快和Fraunhofer LT在位于漢堡的德國電子同步加速器DESY》的子加速器上研究了電動汽車高性能電子設(shè)備中的銅連接件的激光焊接。Photo: TRUMPF

粒子加速器的實(shí)驗

為了詳細(xì)研究焊接過程，來自弗勞恩霍夫工業(yè)技術(shù)研究所的專家與亞琛工業(yè)大學(xué)激光技術(shù)研究所研究合作，在亥姆霍茲中心的實(shí)驗裝置上使用了DESY的PETRA III X射線光源。傳統(tǒng)的方法實(shí)際上只能看到等離子體的電磁發(fā)射。有了DESY的輻射，不僅可以看到融化的內(nèi)部，而且我們甚至可以看到融化的動態(tài)。

圖4：通快與弗勞恩霍夫的合作。通快和FraunhoferILT為粒子加速器的實(shí)驗提供了激光源和焊接工藝的專業(yè)知識。Photo: TRUMPF

總之，來自Fraunhofer ILT和TRUMPF的團(tuán)隊使用兩種不同的激光系統(tǒng)(近紅外激光器和綠色波長激光器)研究了DESY的激光焊接過程。對他們來說，這是一個研究工業(yè)零件焊接工藝的好機(jī)會。例如，飛濺和氣孔是如何形成的，焊接過程中的熱量是如何影響電子部件等敏感部件。

來源：

https://www.ilt.fraunhofer.de/en.html

https://www.trumpf.com/en_INT/