Mae amlochredd laserau ffibr is-goch pylsiedig nanosecond (ns) yn adnabyddus, ac maent yn ddelfrydol ar gyfer y mwyafrif o gymwysiadau marcio ac engrafiad diwydiannol. Fel arfer pan fo egni'r pwls yn llai nag ychydig filijoulau ac nad yw'r pŵer cyfartalog yn fwy na 100W, mae'n effeithiol o ran amledd ailadrodd pwls uchel, tonnau parhaus (CW) a modiwleiddio tonnau lled-barhaus (QCW). Yn ddiweddar, maent wedi dechrau cael eu defnyddio mewn amrywiaeth o ficroreoli a gweadu wyneb laser, a hyd yn oed cymwysiadau microcutio o bell. Mae'r rhan fwyaf o'r cymwysiadau hyn yn cynnwys tynnu deunydd.
I ddefnyddwyr, mae buddion laserau yn amlwg, megis ffynonellau laser aml-dasgio a ffurfiau integredig cryno sy'n aml yn cael eu hoeri ag aer i sicrhau integreiddiad di-dor. Yn fyd-eang, mae angen i ddiwydiannau fel electroneg defnyddwyr, storio ynni, ac offer meddygol ychwanegu mwy o swyddogaethau at gyfrolau llai a llai a phecynnu dwysedd uchel. Felly, mae angen technoleg weithgynhyrchu fwy effeithlon i helpu'r cynhyrchion hyn i ddod yn realiti. Bydd yr erthygl hon yn canolbwyntio ar dechnoleg weldio laser. Felly, gall y dechnoleg gynhyrchu hon a wireddir gan laserau diwydiannol (ffibr is-goch nanosecond) ddarparu'r gallu ailadroddadwyedd, cywirdeb a chynhyrchu uchel gofynnol, yn ogystal â chost isel, fel y gall ddiwallu anghenion y farchnad.
Yn ôl gwahanol feysydd cais, mae gan wahanol fathau o laserau wahanol fanteision, gan gynnwys laserau YAG pylsiedig, laserau disg, laserau ffibr (CW a QCW), a hyd yn oed laserau deuodau. Hyd yn hyn, dim ond mewn ychydig o gymwysiadau blaengar y defnyddiwyd laserau pylsio nanosecond, ond mae'r sefyllfa'n newid, ac yn ddiweddar mae laserau ffibr nanosecond wedi dechrau cael eu cymhwyso i gysylltiadau materol.
SPI yw'r arloeswr wrth gyflwyno mwyhadur pŵer oscillator dan reolaeth meistr (MOPA) i laserau ffibr nanosecond, ac mae hwn hefyd wedi profi i fod yn offeryn amlbwrpas iawn oherwydd gall reoli ac addasu'r pwls yn unol â gofynion y cais. paramedr. Cyflawnir hyn yn bennaf trwy newid hyd y pwls ac amlder y pwls. Gellir eu newid hefyd rhwng moddau tonnau pylsog a thonnau parhaus, sydd hefyd yn nodwedd bwysig iawn oherwydd eu bod ar gael mewn ystod o ffynonellau golau sydd â gwahanol rinweddau trawst, fel y gellir darparu gwahanol offer yn unol â'r dasg gyfredol. Yn yr ystod pŵer cyfartalog a phŵer brig, gellir modylu'r laser hwn yn yr ystod milieiliad i fod yn addas ar gyfer cymwysiadau sy'n gofyn am gorbys milieiliad sydd â phŵer cyfartalog isel.
Weldio plastig
Cymerwch weldio plastig fel enghraifft. Mewn rhai cymwysiadau sy'n gofyn am gywirdeb uchel, fel dyfeisiau microfluidig, bydd defnyddio laserau ffibr yn ennill mwy o fanteision na ffynonellau laser eraill. Weithiau bydd dosbarthiad egni'r fan a'r lle yn cael effaith. Er enghraifft, mewn dyfais feddygol gymhleth, mae polymer tryloyw yn cael ei weldio i bolymer du, ac mae pelydr laser 40W wedi'i osod yn y modd CW (Ffigur 1)." Mae'n caniatáu imi reoli maint y fan a'r lle, dosbarthiad egni, a dyfnder y cae yn ôl yr angen. Quot GG; meddai Joe Lovotti, cyfarwyddwr technoleg laser yn Okay Industries (Prydain Newydd, Connecticut).
Ffigur 1: weldio plastig o chwistrelli inswlin gyda laser 40W HS-H.
Weldio gwifren
O ran weldio metel, mae cymwysiadau micro-gysylltiad yn y diwydiant dyfeisiau meddygol yn dod yn fwy a mwy cyffredin, sy'n her hyd yn oed i'r peirianwyr cymwysiadau gorau. Mae cysylltiad gwifrau metel tenau yn enghraifft o'r fath, ac mae laserau ffibr CW wedi'u defnyddio'n helaeth yn y maes hwn. Fodd bynnag, wrth i'r wifren fetel deneuach, mae'r problemau sy'n gysylltiedig â mewnbwn gwres yn dod yn anoddach. Wrth weldio 50μBydd gwifren coiled diamedr m, gan ddefnyddio laser 20W, M2< 1.6="" i="" gyflawni="" ffocws="" dwys="" yn="" arwain="" at="" ganlyniadau="" da.="" yr="" her="" yw="" atal="" pŵer="" brig="" y="" pwls="" trwy="" weithredu'r="" laser="" ar="" gyfradd="" ailadrodd="" uwch,="" gan="" greu="" mwy="" o="" gorbys="">< 0.1mj="" a="" modiwleiddio="" tonnau="" lled-barhaus="" (qcw)="" gydag="" amledd="" sy'n="" fwy="" na="" 250khz,="" sydd="" yn="" y="" rownd="" derfynol="" dadansoddiad="" yw="" creu="" llinyn="" corbys="">
Mae angen i rai cymwysiadau gysylltu gorchudd allanol neu blewyn â gwifren (Ffigur 2). Canfuom, yn yr achos hwn, y gall pwls â dosbarthiad ynni ehangach sicrhau gwlybaniaeth well rhwng y ddwy gydran. Yn yr enghraifft hon, mae gan y laser 40W, M2=3 a ddefnyddir fan mwy ac egni pwls ychydig yn uwch (mwy na 1.25mJ), a all helpu i bontio'r bwlch.
Ffigur 2: Gan ddefnyddio 250 kHz, 2Laser EPW Z 0W i weldio gwifrau metel diamedr 50μm (a a b),
Defnyddir laser EP-Z 20W i weldio’r thermocwl (c), a defnyddir laser 40WHS-H i weldio’r braid and gwifren (ch).
Ar y llaw arall, gall defnyddio laser un modd gyda 20W a M2< 1.3="" gyflawni="" cywirdeb="" uchel="" iawn.="" enghraifft="" yw="" weldio="" gwifrau="" metel="" annhebyg="" mân="" gyda="" diamedr="" o="">μm a'u weldio yn llwyddiannus i ffurfio thermocwl. Er mwyn cyflawni'r effaith a ddymunir yn y cymhwysiad hwn, mae systemau dewis jig a gweledigaeth yr un mor bwysig â laserau.
Cais sodro tun
Ar gyfer sodro tun, defnyddir laserau CW neu ddeuodau uniongyrchol fel arfer, ond mewn cymwysiadau lle mae mewnbwn gwres yn hollbwysig, gellir ystyried laserau pyls. Trwy ddefnyddio corbys hir ar gyfraddau ailadrodd uchel, gellir gwella effeithlonrwydd defnyddio ynni a lleihau'r risg o ddifrod thermol. Trwy ddefnyddio'r system drosglwyddo sganio trawst, gellir adneuo'r egni laser ar ardal darged fwy, fel na fydd y past solder aur / tun yn yr enghraifft hon ond yn toddi yn y lleoliad cyswllt (Ffigur 3).
Ffigur 3: Sodro â laser 500 kHz, 40W HS-H.
Weldio metel ac ymuno
Mae defnyddio laserau pwls nanosecond i weldio metelau yn gofyn am addasu paramedrau pwls a gosodiadau proses yn ofalus, er mwyn sicrhau cysylltiad da yn wirioneddol. Wedi'r cyfan, defnyddir y mathau hyn o gorbys yn bennaf i gael gwared ar ddeunydd, i beidio â thoddi ac atgyfnerthu. Gall optimeiddio'r pwls gael y pŵer brig uchaf ac egni pwls, ond gellir addasu'r nodweddion hyn trwy eu defnyddio ar amleddau uwch. Mae hyn yn lleihau'r pŵer brig ac yn gwneud yr allbwn yn agosach at guriad strôb QCW wrth gynnal pŵer cyfartalog.
Ar yr amledd uwch hon, mae effaith y pwls ar y deunydd yn newid o abladiad i fod yn agosach at doddi. Mae'r effaith yn rhyfeddol. Yn yr enghraifft isod, gallwn weld y defnydd o laser 70W i wynebu cylch â diamedr o 6mm ar blât dur gwrthstaen tenau. Gan ddefnyddio pwls 250ns, 1mJ ar 70kHz, mae'r canlyniad yn hynod o arw ac wedi'i ocsidio'n fawr. Cadwch yr holl baramedrau yn ddigyfnewid, dim ond cynyddu amlder y pwls, gallwch weld gwelliant sylweddol. Trwy ddyblu'r amledd i 140 kHz a haneru egni'r pwls i 0.5mJ, gellir gweld bod y garwedd a'r ocsidiad yn gwella'n fawr. Trwy gynyddu'r amledd i 500kHz a lleihau egni'r pwls i lai na 0.15mJ, mwy disglair Nid oes angen nwy cysgodi ar y wythïen weldio hyd yn oed. Trwy ddefnyddio'r dechneg hon, mae'n bosibl cyflawni 250μweldio lap m (Ffigur 4).
Ffigur 4: weldio troshaen ar y bwrdd wedi'i wireddu gan gorbys 250ns ar amleddau gwahanol.
Trwy ddefnyddio technoleg grwydro i ehangu'r weldio a gwella treiddiad y weldio (gan effeithio ar y cyflymder weldio), gellir gwella siâp y weldio ymhellach.
Cynhaliwyd prawf ar weldio rhwng dur gwrthstaen a dur gwrthstaen, ac roedd cryfder cneifio dau weldio 1mm mewn weldiad lap 0.5mm cyflawn yn fwy na 224 pwys. Mewn prawf croen 180 gradd a berfformiwyd ar weldio llinellol o 5 mm o hyd ac 1 mm o led, cynhyrchodd y gydran 241 pwys (Ffigur 5).
Ffigur 5: Y weldiad dur gwrthstaen (a) a'i ddelwedd croen (b) delwedd microsgopig a gynhyrchir gan laser 70W EP-Z.
Mewn gwirionedd, gellir cymhwyso'r dechnoleg hon i amrywiol fetelau eraill, megis dur, alwminiwm, a hyd yn oed copr. Pan ddefnyddir y dechnoleg hon i gysylltu deunyddiau myfyriol iawn, mae angen addasu'r pwls i ddarparu digon o egni pwls i gyplysu'r deunydd. Gellir weldio sbot o unrhyw faint trwy ddefnyddio technoleg troellog. Er enghraifft, gellir defnyddio laser 70W EP-Z i greu tri phwynt weldio 1mm i gysylltu dau 150μm ffoil copr trwchus. Yna, yr her nesaf yw cysylltu gwahanol fetelau.
Weldio metel annhebyg
Y mwyaf cyffredin mewn cymwysiadau electronig a batri yw cysylltu ffoil copr tenau ag alwminiwm. Er mwyn cwrdd â'r her hon, mae tîm ymgeisio SPI' s wedi buddsoddi mewn ymchwil ddwys. Fe wnaethant gyhoeddi cynnydd yn gyflym, a phan ofynnwyd iddynt pa mor gryf oedd y weld, fe wnaethant ddangos llun o'r weld o dan lwyth statig o 12 pwys (Ffigur 6).
Ffigur 6: weldio sbot copr-alwminiwm (a) a'i ganlyniadau profion tynnol (b), a'r llun (c) o dan lwyth statig o 12 pwys.
Mewn gwirionedd, dangosodd prawf diweddar a gynhaliwyd ar brawf tynnol, mewn prawf croen 90 gradd, fod y cysylltiad copr-alwminiwm wedi methu o dan rym cneifio o 26 pwys, ac wedi esgor ar 6 pwys. Mae'r weld yn gyfan.
Gellir defnyddio weldio deunyddiau annhebyg yn fwy heriol mewn cymwysiadau masnachol go iawn (Ffigur 7)." Mae defnyddio laser pwls nanosecond un-modd 20W yn unig yn caniatáu inni reoli mewnbwn gwres a geometreg weldio yn dda, yn enwedig mewn cymwysiadau weldio meicro heriol iawn, fel ffoil dur gwrthstaen 0.1mm a Chysylltiad ffoil titaniwm 0.25mm.” meddai Dr. Geoff Shannon o Amada Miyachi (Monrovia, California).
Ffigur 7: Weldio dur gwrthstaen a ffoil titaniwm gyda laser 20W HS-S.
Gall cyflwyno'r math hwn o offeryn amlbwrpas symleiddio'r llinell gynhyrchu, felly fe'i datblygwyd yn gyflym mewn diwydiannau fel gweithgynhyrchu offer meddygol." Mae'r laserau ffibr hyn yn offeryn chwyldroadol sy'n gallu defnyddio corbys nanosecond i dorri, ysgythru a malu, a gallant ddefnyddio corbys aml-filieiliad i weldio. Gellir cwblhau'r holl brosesau hyn gyda'r un laser yn yr un gweithgaredd cynhyrchu. Quot GG; Wedi'i gynnwys Mark Brodsky o Laser Mark' s (San Jose, California).
Crynodeb
Mae'r erthygl hon yn cyflwyno amrywiaeth o gymwysiadau o uno plastig a sodro i weldio dalennau metel a weldio gwifren. Yn y cymwysiadau hyn, mae defnyddio laserau ffibr pylsog nanosecond yn ddewis arall gwych i YAG pwls milisecond confensiynol a ffynonellau laser CW wedi'u modiwleiddio. datrysiad. Mae perfformiad da'r laserau hyn mewn gweithgynhyrchu aml-broses yn profi eu hyblygrwydd ymhellach.