Исследования в области лазерной сварки направлены на разработку решений для производства электромобилей

Нркеми/iStock/Getty Images Plus

Примечание редактора. Эта функция впервые появилась в июньском выпуске журнала Canadian Fabricating & Welding за 2022 год.

В последние несколько лет лазерная сварка стала основным направлением производства. Лазерная сварка — от сварочных ячеек до портативных моделей — повышает эффективность OEM-производителей и мастерских. Технология, обеспечивающая высококачественные сварные швы, высокую скорость производства и сокращение объема послесварочной обработки, вызывает все больший интерес со стороны производителей.

Тем временем лазерные технологии продолжают становиться все более изощренными. Говорят, что в авангарде этой разработки находится израильская компания Civan Lasers. Компания получила премию Prism Award 2022 в категории промышленных лазеров от SPIE, международного общества оптики и фотоники, и Photonics Media. Награда присуждается за технологию Civan OPA 6 Weld, одномодовый непрерывный лазер с динамическим лучом (DBL) мощностью от 7 до 14 кВт, который модулирует форму луча по желанию на скоростях до сотен мегагерц без каких-либо движущихся частей.

Лазер использует оптическое объединение когерентных лучей с фазированной решеткой для объединения многих одномодовых лазерных лучей в более крупный луч. Свет каждого лазера перекрывается с другими лучами в дальней зоне, создавая дифракционную картину, которая позволяет манипулировать формой луча в реальном времени. Фазовые модуляторы управляют отдельными лучами, а полученную интерференционную картину можно регулировать, чтобы максимизировать положение пятна луча и создавать узоры различной формы, вписанные в движение луча.

«Другие методы формирования луча связаны в первую очередь с колебанием луча», — сказал д-р Асаф Ниссенбаум, исследователь прикладной лаборатории в Civan. «То есть вы можете слегка отклонять луч, чтобы вызвать локализованное рулевое управление, и это поддерживается механическими средствами. Недостаток этой технологии заключается в том, что вы используете гальвосканеры, которые имеют ограниченную максимальную частоту, на которой они могут работать, и максимальную мощность луча, которую вы можете через них пропустить. Кроме того, профиль колебательного движения также ограничен, тогда как лазер OPA 6 может работать на гораздо более высоких частотах и ​​профилях формы».

Частоту формы, последовательность форм и глубину фокуса также можно контролировать, чтобы обеспечить оптимизацию испарения в капилляре, течения в ванне расплава и затвердевания расплава для любого применения лазерной обработки материалов. По данным компании, такой контроль исключает образование пор, брызг и трещин, одновременно увеличивая скорости подачи и скорости при сварке и аддитивном производстве.

Скорость, с которой может работать лазер, и возможность изменять луч на лету вызывают интерес к исследованиям, связанным с производством топливных элементов для электромобилей (EV). Согласно недавним выводам проекта Eureka Project, базирующегося в лабораториях Фраунгофера в Аахене, Германия, лазеры компании могут предоставить автомобильной промышленности технологическое решение для экономически массового производства экологически чистых двигателей за счет увеличения скорости подачи при сварке биполярных пластин.

Задача эффективного производства топливных элементов заключается в сварке биполярных пластин — тонких пластин толщиной в сотни микрон. В каждой ячейке находится от 300 до 400 пластин со сварным швом от 3 до 6 м. Несмотря на то, что предпринимаются многочисленные усилия по увеличению скорости сварки, чтобы удовлетворить спрос, увеличение скорости подачи более 0,5 м/с приводит к дефектам сварки, что приводит к браку деталей и отставанию материалов.

Три организации, реализующие проект Eureka — Civan Lasers, Институт лазерных технологий Фраунгофера (ILT) в Германии и Smart Move GmbH в Германии — стремятся решить эту проблему сварки с помощью лазерной технологии Civan.

«Выше определенной скорости при лазерной сварке распространенным дефектом, который вы видите, является то, что известно как «горб», периодические выпуклости в сварном шве», — сказал Ниссенбаум. «Это поднимает вопросы пористости, консистенции и отсутствия плавления. В индустрии топливных элементов это вопрос «да/нет». С помощью этого лазера мы можем, например, иметь последовательность из нескольких форм, каждая из которых направлена ​​на решение определенной проблемы в сварном шве в микросекундном масштабе, чтобы мы могли контролировать весь процесс».