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应用案例:纳秒脉冲光纤激光焊接多种材料

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-12-25 0:13:00 * 浏览: 2
nano纳秒(ns)脉冲红外光纤激光器的多功能性众所周知,它们是大多数工业标记和雕刻应用的理想选择。通常在低于100毫焦耳的脉冲能量和平均功率不超过100W时,它对高脉冲重复频率,连续波(CW)和准连续波调制(QCW)模式具有明显的影响。最近,它们已开始用于各种微加工和激光表面纹理化,甚至包括远程微切割应用程序。这些应用中的绝大多数涉及材料去除。基于此前提,可以认为用于材料连接的光束源是不同的。使用相同的光束源连接材料确实令人印象深刻,同时可以将其移除,烧蚀,雕刻,切割和标记(图1)。图1:紧凑型SPI100W纳秒级水冷光纤激光器激光对于激光用户来说,好处是显而易见的,例如多任务激光源和紧凑的集成形式(通常采用风冷),从而实现无缝集成。传统观点认为,焊接和连接需要具有高脉冲能量的长毫秒脉冲,但事实并非如此!这类激光材料的连接功能鲜为人知,但在连接超薄材料时却表现出色。全球在全球范围内,消费电子,能源存储和医疗设备等行业都需要向越来越小的尺寸和尺寸增加功能。包装更紧密。因此,需要更有效的制造技术来帮助这些产品成为现实。本文将重点介绍激光焊接技术。因此,借助工业(纳秒红外光纤)激光器实现的这种生产技术可以提供所需的高重复性,重复性和生产能力。其中最重要的是低成本(成本和维护),因此可以满足市场需求。根据不同的应用领域,各种类型的激光器具有不同的优势,包括脉冲YAG激光器,圆盘激光器,光纤(CW和QCW)激光器,甚至二极管激光器。到目前为止,纳秒脉冲激光器仅在少数前沿应用中使用,但情况正在发生变化,并且纳秒光纤激光器最近已应用于材料连接。 SPI是率先将主控振荡器功率放大器(MOPA)引入纳秒级光纤激光器的先驱,并且由于它可以根据应用参数的要求控制和调整脉冲,因此它已被证明是一种用途非常广泛的工具。这主要是通过更改脉冲持续时间和脉冲频率来实现的。它们还可以在脉冲和连续波模式之间切换,这也是一个非常重要的功能,因为它们具有一系列具有不同光束质量的光源,可以根据当前任务提供不同的工具。在平均功率和峰值功率的范围内,可以在毫秒范围内调制此激光器,适用于要求低平均功率毫秒脉冲的应用。塑胶焊接以塑胶焊接为例。在一些需要高精度的应用中,例如微流体设备,使用光纤激光器比其他激光源具有更多的优势。有时,光斑的能量分布会受到影响。例如,在复杂的医疗设备中,将透明聚合物焊接到黑色聚合物上,然后将40W M2 = 3的激光束设置为CW模式(图2)。 ldquo,它允许我根据需要控制光斑大小,能量分布和场深。 OkayIndustries(康涅狄格州新不列颠)的激光技术总监JoeLovotti评论道。图2:用40WHS-H激光对胰岛素注射器进行塑料焊接。焊丝在金属焊接领域,医疗器械行业中的微连接应用变得越来越普遍,即使对于最好的应用工程师来说也是一个挑战。细金属线的连接就是这样一个例子。连续波光纤激光器在该领域得到广泛使用。然而,随着电线变细,与热输入相关的问题变得更加困难。当使用20W,M2lt,1.6激光焊接直径为50μm的盘绕线时,将获得良好的聚焦效果。挑战在于通过以较高的重复频率操作激光以抑制脉冲的峰值功率用lt(0.1mJ)和频率大于250kHz的准连续波调制(QCW)产生更多脉冲,最终产生短脉冲。某些应用需要将覆盖层或编织层连接到电线上(图3)。我们发现在这种情况下,具有较宽能量分布的脉冲可以在两个组件之间实现更好的润湿。在此示例中,使用的40W,M2 = 3激光器具有较大的光斑和略高的脉冲能量(大于1.25mJ),可以帮助弥合间隙。图3:250kHz,20WEP-Z激光焊接50mm,m条焊丝(a和b),20WEP-Z激光焊接热电偶(c),40WHS-H激光焊接编织物和焊丝(d)。另一方面,使用20W,M2lt,1.3单模激光器可以实现极高的精度。一个例子是焊接直径为12μm的异质细电线,然后成功焊接以形成热电偶。为了在此应用中获得理想的结果,夹具和视觉系统与激光一样重要。