近日，德國(guó)一個(gè)合作研究團(tuán)隊(duì)宣布了一項(xiàng)進(jìn)展，他們共同合作提供了迄今為止最詳細(xì)的激光焊接工藝見解。該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次清晰地證明，通過(guò)使用綠色波長(zhǎng)的激光器，在焊接高性能電子產(chǎn)品時(shí)可以節(jié)省原材料。

該團(tuán)隊(duì)包括了通快（TRUMPF）、德國(guó)弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT）和德國(guó)亥姆霍茲協(xié)會(huì)旗下大型粒子物理學(xué)研究機(jī)構(gòu)DESY合作完成的一項(xiàng)調(diào)查的結(jié)果。每一輛電動(dòng)汽車都配備了高性能電子設(shè)備，作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它確保了電池和電機(jī)的最佳性能。

上述多家企業(yè)與機(jī)構(gòu)通力合作，正致力于研究用于制造電動(dòng)汽車的激光焊接工藝，分別貢獻(xiàn)了他們?cè)赬射線、激光源和焊接工藝方面的高度專業(yè)知識(shí)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用綠色波長(zhǎng)的激光時(shí)，產(chǎn)生的廢品率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他激光焊接工藝，從而幫助汽車制造商大幅節(jié)省了原材料，并有益于實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的制造。

研究過(guò)程中，他們以每秒幾千到一萬(wàn)幀的速度拍攝高速圖像，希望借助粒子加速器X射線來(lái)研究了解到底是什么導(dǎo)致了銅焊接效果的不同。

弗勞恩霍夫工業(yè)技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT）的科學(xué)家Marc Hummel指出，穩(wěn)定的焊接過(guò)程非常重要，因?yàn)殡妱?dòng)汽車制造商通常需要完成數(shù)十億個(gè)高質(zhì)量的連接。未來(lái)，通快（TRUMPF）和Fraunhofer ILT計(jì)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)合作伙伴納入上述合作團(tuán)隊(duì)。

采用綠色波長(zhǎng)激光器，廢品率更低

在電動(dòng)汽車制造過(guò)程中，對(duì)激光技術(shù)提出了非常大的挑戰(zhàn)。銅是制造電動(dòng)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。遺憾的是，這兩種特性在焊接時(shí)都會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的問題。因此，這些工藝流程通常需要后續(xù)嚴(yán)密的核檢。

除了近紅外激光器，通快的產(chǎn)品系列中也有綠色波長(zhǎng)的激光器。通快汽車行業(yè)經(jīng)理Mauritz Mοller指出：“具有綠色波長(zhǎng)的激光器是解決這個(gè)問題的辦法。事實(shí)上，使用這些激光器可以更好地焊接銅?！?/p>

銅吸收綠色波長(zhǎng)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(guò)程也開始得更快，所需的激光功率也更少。最后，更穩(wěn)定的焊接過(guò)程也會(huì)帶來(lái)更低的廢品率，從而有助于實(shí)現(xiàn)更加可持續(xù)的制造。

粒子加速器實(shí)驗(yàn)

為了詳細(xì)研究焊接過(guò)程，來(lái)自德國(guó)弗勞恩霍夫工業(yè)技術(shù)研究所的專家們與德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)激光技術(shù)研究所達(dá)成了合作，他們?cè)诘聡?guó)亥姆霍茲中心的實(shí)驗(yàn)裝置上使用了DESY的PETRA III X射線光源。

Marc Hummel解釋稱：“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，我們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實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)?！?/p>

為此，來(lái)自Fraunhofer ILT和通快的團(tuán)隊(duì)使用兩種不同的激光系統(tǒng)（近紅外激光器和綠色波長(zhǎng)激光器）研究了DESY的激光焊接過(guò)程。Mauritz Mοller表示：“對(duì)我們而言，這是一個(gè)研究工業(yè)零件焊接工藝的好機(jī)會(huì)。例如，飛濺和氣孔是如何形成的，焊接過(guò)程中的熱量是如何影響電子部件等敏感部件的?！?/p>