レーザー溶接は、光学レンズを通してワークピースの表面にレーザービームを集束させることで、材料が急速に溶融して溶融プールを形成し、その後急速に冷却されて溶接継手を形成します。アスペクト比が大きく、溶接速度が速く、ワークと非接触で自動化が容易な特徴があり、広く採用されています。ただし、レーザー溶接プロセス中のレーザー熱源と材料の間の複雑な相互作用、およびアルミニウム合金と銅合金の特殊な物理的特性により、高反射材料は溶接中のレーザー反射率が高く、溶接プロセスが不安定です。気孔欠陥等の問題を生じやすい。通常のレーザーを使用してアルミニウムや銅などの反射率の高い材料を溶接すると、キーホールの崩壊により小さな穴や水しぶきが発生します。スプラッシュにより、溶接金属が減少し、ピットや凹凸が生じます。さらに、これらの材料はレーザー反射率が高く、吸収率が低く、ほとんどのエネルギーが反射されるため、フィラーの融合が不十分になります。同時に、冷却プロセス中に、過度の冷却速度により、溶融プール内の水素およびその他のガスの溶解度が急激に低下し、逃げるには遅すぎて、細孔が生じます。生産。
スパッタとポロシティを低減する主流の溶接方法
高反射材の溶接では、いかにスパッタを減らし、気孔率を減らし、スムーズな溶接を実現するかが大きな課題です。多くの国内外の企業もこの側面を探求し続け、独自の製品を発売しています。
(1) スイング溶接ヘッドの使用 スイング溶接法は、エネルギー密度を分散させ、溶接温度の均一性を向上させ、スパッタやポアの発生をある程度抑えることができます。現在、主流のレーザーヘッドメーカー（Jiaqiang、Wanshunxing、Kirinなど）は、同様のスイングレーザー溶接ヘッドを発売しています。しかし同時に、いくつかの欠点もあります。レーザーのエネルギー密度が低下するため、出力を上げるか、溶接速度を遅くする必要があります。
(2) 二波長複合溶接ヘッドを使用し、ファイバーレーザーと半導体レーザーを二波長複合溶接ヘッドと組み合わせ、溶接点でオーバーラップさせます。ファイバーレーザーは深溶込み溶接を行います。飛散を最小限に抑えます。現在、Jiaqiang や Wanshunxing などのレーザー ヘッド メーカーもこのような溶接ヘッドを発売しています。ただし、この溶接方法ではレーザーを 2 台使用する必要があり、機器の組み合わせが複雑になります。
(3) 特殊スポット付きレーザー
最良の費用対効果の高いソリューションはレーザー側にあり、ガウス分布レーザーをリング + センターライトに変更します。センターライトスポットは溶融プールの深さを保証し、リングライトスポットは予熱と徐冷の役割を果たします。は、前述の二波長複合溶接原理と比較されます。似ている。一般的なレーザー メーカーは、IPG の AMB レーザーや Raycus の ABP レーザーなど、同様のレーザーを発売しています。
GWレーザーテックのFRMとは
上記の高反射材料の溶接の難しさに対応して、GW レーザーは継続的に技術開発の道を模索し、高反射材料の溶接エキスパートである FRM (Flexible Ring Mode) 動的スポット出力レーザーを発売しました。高反射材料の溶接プロセスを効果的に削減できます。スプラッシュと気孔の生成。
FRM レーザーは、カスタマイズされたカプラーを介して 2 つの光モジュールをファイバーのコア層とリング コア層に結合し、2 つのレーザー ビームを 1 つのビームに結合し、ワークピースの表面に集光して複合スポットを形成します。適切なエネルギー比を調整することにより、比較的広い溶接幅と低い溶接シーム アスペクト比を形成できます。これにより、キーホールの安定性が効果的に向上し、スパッタが大幅に減少し、気孔の感度が低下します。
FRMレーザーは、ファイバーコア光とリングコア光のパワーを任意に制御できます。中央ライトまたはリングライトのみをオンにするか、両方を同時にオンにして、通常のスポット、環状スポット、および複合スポットの3つのモードを形成できます。同時にオンにすると、コアとリングコアがセンターコアパワーをリングコアパワーよりも大きくするか、センターコアパワーをリングコアパワーよりも小さくするか、センターコアパワーを等しくすることができますリングコアパワーに加え、合計5種類のスポット形状を切り替えることができます。
中心スポットの直径が小さく、エネルギー密度が高い。溶接は、キーホールを生成し、アスペクト比の大きな溶融池を形成する深溶け込み溶接モードに基づいています。ただし、マッチング ギャップには高い要件があり、キーホールが深溶け込み溶接で形成されると大量の高圧金属蒸気が放出され、飛沫や爆発点が発生しやすくなります。溶融池の温度は高く、内部の流れは激しく、溶融池の変動は明らかです。
環状スポットの直径は大きく、エネルギー密度は小さい。溶接は、より広い溶融プールを形成できる熱伝導モードに基づいています。熱伝導溶接はキーホールを形成しないため、溶接中の溶融池の温度は低く、明らかな溶融池の変動はありません。スパッター、溶接部がフラットで綺麗です。しかし、エネルギー密度が分散しているため、大きな浸透深さを得ることができません。
適切なエネルギー比を調整することにより、2 つを組み合わせると、中央スポットが溶融プールの深さを保証し、環状スポットが溶融プールの幅と持続時間を増加させ、一方で、キーホールの安定性を向上させ、しぶき 一方、溶融プールの流れはより安定し、気泡は長時間オーバーフローし、気孔形成の可能性が減少します。
FRMレーザーは、最大20KWの総出力を提供でき、出力光のパラメーターを柔軟に調整できます。中央のビーム出力ファイバーの直径は50μm/150μmで、出力は最大10KWです。リングビーム出力ファイバーの直径は150μm/300μmで、出力は最大10KWです。センタービームは波長1070nmのファイバーレーザー、リングビームは1070nmのファイバーレーザーに加えて976nmの半導体レーザーを搭載することで、2波長と2本のレーザービームの複合化を実現。
FRM 優れた溶接効果
FRM の溶接効果を反映するために、FRM レーザーと通常のレーザーを使用してアルミニウム合金を溶接し、それらを比較します。
１．５ＫＷ＋１．５ＫＷ（５０μｍ＋１５０μｍ）のＦＲＭレーザを用いて厚さ３ｍｍの６０６１アルミニウム合金を溶接し、３ＫＷ（１００μｍ）の通常のレーザと比較した。FRM レーザー溶接のスパッタは、通常のレーザー溶接に比べて明らかに小さいことがわかります。
溶接されたサンプルは、金属組織観察のために切り開かれました。環状スポットの効果により、FRMレーザーで得られた溶接部は上部が広く下部が狭い形状で、上面と下面は基本的に平らです。通常のレーザー溶接の溶接幅は基本的に上下が面一で、上面がくぼみ、下面が凸になっています。
溶接後の溶接シームの引張強度がテストされ、FRM溶接の引張強度は通常のレーザー溶接よりも優れています。
FRM の重要なアプリケーション
中国は、新エネルギー車を 7 つの戦略産業の 1 つと見なしています。パワーリチウムバッテリーパックは新エネルギー車の重要なコアコンポーネントであるため、新エネルギー車の継続的な開発に伴い、それも広く使用され、それに応じて開発されています。
中国普化研究所の統計によると、リチウム電池の世界的な需要は 2017 年から 2020 年にかけて増加し続け、リチウム電池機器の需要は今後 3 ～ 5 年で増加し続けるでしょう。リチウム電池産業の急速な発展により、主要企業は新しい工場の建設と生産能力の拡大を進めています。
バッテリーパックの安全性は非常に重要です。関連する障害が発生すると、非常に深刻な結果につながり、人々の生活を脅かすことになります。その中でも、電気自動車の安全性に決定的な役割を果たす要素は、パワーバッテリーパックの主要部品の溶接です。これらの位置で最も重要な材料は、防爆バルブ、セルシール、タブ、バスバーなどを含むアルミニウム合金です。次に、ポール、タブなどの銅材料が続きます。これらの位置の溶接品質は、バッテリー パックの品質の信頼性に直接影響します。
パワーバッテリーのさまざまな部品の溶接では、広輝レーザーを使用したFRMレーザーが溶接の問題を効果的に解決し、溶接のスパッタゼロ、表面に気孔がなく、安定した溶け込み、滑らかで美しい溶接シームを実現し、溶接品質を大幅に向上させることができます、パワーバッテリーの安定性を効果的に確保します。セックスと安全。
世界の自動車市場の電化への転換は一般的な傾向であり、この一般的な開発傾向の下で、リチウムイオン溶接技術に対するより高い要件を提示することになり、リチウムイオン電池加工は国内レーザーにとって重要な市場となっています企業。Guanghui Laserは、リチウム電池の溶接の分野で引き続き努力していきます。独立したイノベーションを通じて、レーザーの反復的なアップグレードが実施され、顧客が溶接プロセスを改善し、製品の安全性と競争力を強化するのに役立ちます。
著者：GW レーザー アプリケーション エンジニア ジアシン グー
投稿時間: 2022 年 2 月 15 日