伴隨著電動汽車市場需求的不斷增長，藍光激光在紅外光纖激光無法完成的關(guan) 鍵部件的銅鋁焊接作業(ye) 中脫穎而出。動力電池和其他先進的消費類電子產(chan) 品一樣，需要采用新穎的工藝來連接不同的金屬。

Prima Power Laserdyne 的智能防護噴嘴組件使用清潔的壓縮空氣來保護鏡頭蓋滑軌，同時提供保護氣體(ti) 來確保焊縫免受氧化。

工業(ye) 激光器將繼續在千瓦的高功率範圍不斷發展，而供應商也越來越意識到：需要開發更加人性化的功能，來把這些設備無縫地集成到工業(ye) 4.0的生產(chan) 係統中。

特殊的藍光

Nuburu公司的藍光係統已經在金屬加工領域，特別是銅的焊接方麵取得了突破性進展，並且迅速超越紅外激光器相對較低的焊接能力，得到了市場的認可。鋰離子電池的焊接是Nuburu的技術特色之一，但Nuburu的藍光激光技術才是解決(jue) 傳(chuan) 統材料加工問題的關(guan) 鍵。

NuburuInc，作為(wei) 一家百年企業(ye) ，於(yu) 2015年4月啟動研發計劃、並於(yu) 2017年底推出了其首款產(chan) 品AO-150，這是一款主參數為(wei) 150W、450nm的直接二極管激光器。該產(chan) 品因其新穎的光電技術創新而獲得SPIE棱鏡獎的提名，該獎項一般授予在超處理速度、焊接和光束質量等光電技術方麵具有重大創新的產(chan) 品和企業(ye) 。

Nuburu的設備顯示出了比紅外光纖激光器快2至10倍的處理速度，因為(wei) 其吸收了65%的藍光波長，而紅外光纖激光器則僅(jin) 吸收了5%的紅外光，因此Nuburu的設備可以在銅上進行更清潔的焊接。據該公司稱，該裝置在不鏽鋼、鎳、鈦、鋁、黃銅和金等材料的加工上，吸收率也要比常規高出三至二十倍。“所有金屬在藍光範圍的吸收率都很高，”公司聯合創始人兼首席營銷和銷售官Jean-MichelPelapra表示，“因為(wei) 藍光可以更有效地耦合波長，所以加工所需要的能量要少得多，但傳(chuan) 熱能力卻非常強，可以無飛濺焊接金屬，讓焊縫中沒有孔隙、也沒有缺陷。”

用紅外激光來進行鎖孔焊接需要很高的峰值功率，焊接過程中常常會(hui) 產(chan) 生因汽化反應導致的氣泡和氣孔，從(cong) 而削弱焊接的機械強度和電氣性能。而Nuburu高達600W的清潔焊機解決(jue) 了這一問題，Pelaprat解釋道：“藍光激光的連續波半導體(ti) 能量是由光纖耦合，並通過光纖傳(chuan) 送的，其光電轉化效率約為(wei) 25%，具體(ti) 數值取決(jue) 於(yu) 氮化镓半導體(ti) 的性能，這有望在效率上最終超過光纖激光器。”

鋰離子電池需要大量的銅與(yu) 銅、鋁或不鏽鋼之間的導電焊接、鎖孔焊接，此外還需要把銅和鋁箔分別焊接在陰極和陽極上。紅外激光在加工過程中時常產(chan) 生裂縫，造成加工問題。藍光焊接後的無氣孔及其他缺陷的焊縫，意味著使用藍光焊接加工的電池內(nei) 部的電阻更低，熱力消散更少，並且不會(hui) 產(chan) 生危險的熱點，同時讓使用更薄的金屬成為(wei) 可能，從(cong) 而改善了電池的能量交換和能量密度。

除汽車、航空航天、消費類電子產(chan) 品和醫療保健領域的儲(chu) 能應用以外，Nuburu激光器還正在尋找其他適合的應用領域。AO-150具有切割，釺焊，包覆甚至“打印”吹製粉末的能力，該功能可用於(yu) 製造航空航天組件或髖關(guan) 節和膝關(guan) 節植入物。該公司計劃在今年晚些時候發布AO-500，即AO-150的500W版本。

Nuburu 生產(chan) 的 150W AO-150 藍光被銅吸收的比率為(wei) 65％，而紅外光吸收率僅(jin) 5%。

德國的Laserline公司也加入了藍光焊接的潮流，Laserline在美國西部光電展上就展示了一台450nm激光器的原型機。Laserline的LDM500-60blue藍光激光器額定功率為(wei) 500W。該公司銷售經理OlegRaykis表示，Laserline打算在開始執行係統的銷售計劃之前，將與(yu) 客戶合作進行項目概念的驗證。

功能拓展

Laserline以為(wei) 汽車釺焊提供的二極管激光係統而在業(ye) 內(nei) 聞名，該公司還展示了用其19英寸（483mm）機架安裝6kW光纖傳(chuan) 輸單元。Raykis稱：“據我們(men) 所知，這是市場上最緊湊的光纖傳(chuan) 輸單元，”該係統基於(yu) LaserlineLDM平台，結合了經典的傳(chuan) 導焊接、硬化和移動維修功能。

Raykis還指出，大約兩(liang) 年前，汽車製造商開始從(cong) 電鍍鋅鋼轉向熱浸鍍鋅，原因是在使用傳(chuan) 統的釺焊方法時會(hui) 產(chan) 生飛濺和粗糙的焊縫。Laserline的解決(jue) 方案是使用多光斑模塊，該模塊將兩(liang) 個(ge) 小光束和一個(ge) 大光點結合在一起。在生產(chan) 過程中，這兩(liang) 束小光束先從(cong) 材料表麵去除鋅，然後再與(yu) 大光束一起熔化鋪設的銅矽線。光束之間的功率和距離可調，並且該裝置還可以改裝為(wei) 經典的Laserline激光係統。

進一步的研究表明：多點模塊和Laserline的標準OTS-5光學器件可以協同工作，從(cong) 而可以在較大光束中移動三點中的兩(liang) 個(ge) 較小光束，並通過使用鋁錳絲(si) 代替鋁矽絲(si) 來改善鋁焊縫。“這增加了焊縫的硬度，使加工速度提高了20%，”Raykis介紹。目前首批係統正在OEM工廠進行測試。

該公司還發現了其混合激光器的一種新用途，它能實現三種模式：二極管、轉換器和轉換器源與(yu) 二極管源的組合使用。這些光束通常用於(yu) 混合切削，退火或軟化工藝，這些工藝可以彼此疊加，以較平滑的焊縫快速焊接鋁。

納秒脈衝(chong) 焊接技術，是大約三年前由通快（Trumpf）旗下的SPILasers品牌率先提出的另一種焊接電子產(chan) 品中不同金屬的方法。“這些金屬的熔化溫度和性質差異很大，”SPI的銷售副總裁RichardHendel表示：“使用該工藝，不會(hui) 產(chan) 生脆性金屬間化合物的傳(chuan) 統熔池。”

將高峰值功率和相對較短的脈衝(chong) 焊接在一起，可以在諸如銅和鋁之間的連接處形成機械粘附力和電接觸。Hendel表示，雖然消費類電子產(chan) 品是SPI的重要用戶，但電動汽車將是一個(ge) 新興(xing) 的市場。該市場起始於(yu) 低功率光纖激光器（約70W），“如果嚐試用連續波激光器焊接同樣的焊縫，則需要500W，甚至1000W的功率。SPI已經發布了一個(ge) 200W的係統，將本來就很短的節拍又縮短了一半。

“我們(men) 的redENERGY激光器可產(chan) 生3納秒至2微秒的脈衝(chong) ”，SPI的美國和巴西東(dong) 部地區經理ColinNolan補充道。“如果可以用1064nm的光束實現的話，那我們(men) 就可以做到。”

SPI Lasers 推出的新型 redENERGY 200W 風冷光纖激光器

以前需要使用綠色或紫外線激光器執行的應用程序現在可以使用SPI的激光器完成。“去年我在卡普頓（kapton）進行了微加工，之前這一直是綠色或紫外線激光器的應用範圍。但是我可以將脈衝(chong) 降到3納秒，加工起來就能毫不費力。所以我們(men) 正在研究一些以前無法完成的事情，比如聚合材料的加工。”

縮小差距

為(wei) 了提高鈑金應用中的導熱性和深熔焊深度，通快公司於(yu) 2017年中左右在北美推出了命名為(wei) FusionLine的焊接係統，“我們(men) 仍在探索該係統的更多用途”，銷售工程師BrettThompson表示。

通快碟片激光器的光束傳(chuan) 輸選項，讓製造商能夠應對那些大於(yu) 常規激光實現範圍的焊接間隙。通過將兩(liang) 個(ge) 光束直徑範圍（一個(ge) 正常的和一個(ge) 較大的光束）和所需的焊絲(si) 結合起來，FusionLine係統幫助OEM公司彌補了傳(chuan) 統焊接技術與(yu) 激光焊接技術之間的另一個(ge) 空白。

“我們(men) 有正常的焊接束直徑，然後是次級束直徑。”Thompson談到該工藝時說，“我們(men) 在光束的傳(chuan) 送方麵越來越有創意，因此我們(men) 可以使光點尺寸遠大於(yu) 普通的焊接光束。”在焊接失敗的情況下，如果零件被燒毀，FusionLine係統可以讓用戶的焊材(隨大光束一起流動，或者在光束中熱點位置注入焊絲(si) 。

“我們(men) 有正常的焊接束直徑，然後是次級束直徑。”Thompson談到該工藝時說，“我們(men) 在光束的傳(chuan) 送方麵越來越有創意，因此我們(men) 可以使光點尺寸遠大於(yu) 普通的焊接光束。”在焊接失敗的情況下，如果零件被燒毀，FusionLine係統可以讓用戶的焊材(隨大光束一起流動，或者在光束中熱點位置注入焊絲(si) 。

“我們(men) 的目標是讓鈑金製造商直接從(cong) TIG或MIG焊接過渡到激光焊接，免去進行大量開發工作。”他表示。FusionLine有助於(yu) 立即將公差從(cong) 0.004轉換為(wei) 0.01″（0.1016–254mm）。

“在FusionLine上不必使用線材。”Thompson講道，“你可以在沒有金屬絲(si) 的情況下橋接更大的縫隙，而且這比隻用正常的光束直徑要大得多。我們(men) 可以製造出更大的光束，從(cong) 而把不同的材料焊接在一起。”

使用不帶導線的導熱工藝，例如針對2mm厚的材料的加工，Thompson說到，“通快可以實現比TIG更高的焊接速度，同時獲得更美觀的焊縫，且無需進行任何返工。”FusionLine的焦點在金屬薄片的上方，熱量從(cong) 金屬的頂部傳(chuan) 導到底部，形成一個(ge) 圓形。同時，通過采用更進一步的深層滲透工藝，Thompson表示：“您可以得到150-200ipm[3810-5080mm/min]的焊接速度。”

此外，由於(yu) 零件受熱較少，OEM公司可以使用高碳和高強度的鋼材來減少材料厚度。製造商可以使用比A36等低檔鋼材貴10%的優(you) 質鋼材，從(cong) 而減少40%的材料厚度。

對於(yu) 外觀美學要求比較高的行業(ye) ，例如高端廚房設備，製造商們(men) 可能會(hui) 因FusionLine獲得較大收益。針對頂級的產(chan) 品係列，Thompson認為(wei) ：“這些行業(ye) 的客戶對質量有一定的期望，手工打磨TIG焊接並使半徑看起來一致是很困難的。而激光焊接將會(hui) 確保工藝的可重複性和一致的優(you) 質結果。”

對於(yu) OEM和車間而言，最終價(jia) 值取向是采用更高效的工具，Thompson談到，“可以免去花費大量時間重新設計讓產(chan) 品去適應激光焊接要求。FusionLine所提供的改變光束方法是‘完全整合且無縫’的，並可被編程成在納秒範圍內(nei) 打開和關(guan) 閉的。”

感受力量

高功率激光器為(wei) 激光焊接提供了新的方法。根據PrimaPowerLaserdyneLLC（位於(yu) ：美國明尼蘇達州，錢伯納）的應用工程和技術開發高級經理MohammedNaeem表示，“千瓦級的激光焊接是工業(ye) 激光材料加工中增長最快的應用之一。它正在取代傳(chuan) 統的焊接工藝，圍繞激光焊接能力的提升開發新的設計。這裏主要的挑戰是開發利用高功率激光的穩健方法。”

為(wei) 此，Laserdyne正在開發氣體(ti) 保護、減少羽流和光束成型的方法，還有具有掃描頭和填充材料的焊接技術。該公司的SmartRamp和SmartShield智能技術解決(jue) 方案套件，增強了其2D和3D係統的功能。

更具體(ti) 的解釋，智能技術是“通過最新的硬件和軟件開發而實現的專(zhuan) 用處理技術，從(cong) 而讓LaserdyneS94P在控製係統中對激光、運動、過程氣體(ti) 和過程傳(chuan) 感器進行先進的集成控製”，Naeem解釋說。

為(wei) 了防止焊縫缺陷，Laserdyne的SmartRamp焊縫輪廓控製“很大程度上減少了由焊縫端點缺陷（凹陷/焊縫底切，氣孔）觸發的後處理檢查，並免去了焊縫末端的人工返工，”他表示。這些工藝對於(yu) 關(guan) 鍵部件至關(guan) 重要：特別是在航空發動機中，對於(yu) 這些重要部件而言，焊縫底部不能產(chan) 生填充或底切。

與(yu) 此同時，SmartShield激光焊接和聚焦光學保護模塊是“附上了一個(ge) 帶有交叉射流的噴嘴組件，該組件使用壓縮的車間空氣來保護透鏡保護蓋玻片，並提供保護氣體(ti) ：如氮氣或氬氣，從(cong) 而保護焊縫免受氧化。”

Naeem表示，與(yu) 其他交叉噴射焊接頭不同，“SmartShield不會(hui) 將用於(yu) 交叉噴射和焊接保護的氣體(ti) 混合在一起”。該交叉噴射噴嘴可全程與(yu) 保護氣體(ti) 輸送裝置，包括焊靴和同軸氣體(ti) 噴嘴頭一起使用。聚焦透鏡和保護氣體(ti) 組件可以快速更換從(cong) 而改變聚焦點的大小。這使得那些航空航天業(ye) 的鎳和鈦合金材料的焊接加工也變得容易起來。”