Laserové svařování mědi pro výrobu elektromobilů

Nová dálkově ovládaná svařovací hlava Coherent HIGHmotion 2D a laser Coherent HighLight FL-ARM umožňují hloubkové svařování mědi laserem na velkých pracovních plochách.

Představujeme dvě novinky od společnosti Coherent, které umožňují laserové svařování mědi  s tloušťkou >3 mm na velkém pracovním poli (100 mm x 140 mm).  Novinky Coherent umožňují vysokorychlostní zpracování velkých dílů - například přípojnic - protože systém může dokončit několik svařovacích úloh na značně vzdálených místech, aniž by musel fyzicky přemístit procesní hlavu nebo svařovaný díl.

Svařovací hlava Coherent HIGHmotion 2D

Prvním z těchto nových produktů je rozšíření naší stávající dálkově ovládané svařovací hlavy Coherent HIGHmotion 2D o možnosti menšího zvětšení. Při použití s vláknovým laserem s nízkou numerickou aperturou (NA) poskytne hlava HIGHmotion 2D s nižším zvětšením malý, vysoce zaostřený laserový bod na větší skenovací ploše s minimálním posunem ohniska. Precizní fokusace laserového paprsku je rozhodující pro provádění hloubkového svařování mědi, které je jinak s infračerveným laserem náročné. Tento přístup poskytuje větší procesní okno, což znamená stabilnější, robustnější a opakovatelnější proces.  

Nový skener HIGHmotion 2D s menším zvětšením si zachovává všechny schopnosti tohoto v oboru osvědčeného laserového svařovacího skeneru, včetně přesnosti polohování, vysoké výkonové stability a kompatibility se systémy Coherent HIGHvision i SmartSense+.

Laserový zdroj HighLight FL-ARM

Druhým představeným produktem je verze našeho vláknového laseru HighLight FL-ARM s nižší numerickou aperturou (NA). Ta dodává přesně požadovaný vstupní paprsek s nízkou NA pro optimální výkonnost zařízení HIGHmotion 2D s malým zvětšením. Navíc přidává schopnost laseru ARM samostatně řídit a modulovat výkon ve středovém a prstencovém svazku. Tato schopnost se osvědčila při eliminaci rozstřiku při svařování mědi. HighLight FL-ARM také nabízí vynikající odolnost proti zpětným odrazům, což zvyšuje provozní spolehlivost.

Laser HighLight FL-ARM již zaznamenal velký úspěch při svařování mědi. Když se výrobci snaží tento úspěch rozšířit na výrobu hlubokých svarů potřebných pro úlohy e-mobility, jako například laserové svařování přípojnic, narážejí na "rychlostní limit". Jednou z příčin tohoto omezení rychlosti je omezená velikost snímacího pole čočky F-theta. 

Co brání zvětšení skenovacího pole? Problém spočívá v tom, že zvětšení velikosti snímacího pole objektivu Ftheta znamená zvětšení jeho ohniskové vzdálenosti, čímž se zvětší i velikost zaostřeného bodu (za předpokladu, že vše ostatní zůstane stejné). Malý bod s velkou koncentrací energie je však nezbytný pro dosažení velkého průniku materiálem, který je nutný pro hluboké svary. V určitém okamžiku je tak pracovní bod laserového paprsku příliš velký na to, aby dosáhl požadované koncentrace energie. To je znázorněno v animaci.

Velikost bodu lze opět zmenšit zvětšením ohniskové vzdálenosti vstupního kolimátoru; jedná se o soustavu čoček, která shromažďuje rozbíhající se světlo z laseru a připravuje ho k průchodu skenovací optikou. Tím se sníží zvětšení celého systému.

Problém je v tom, že zvětšení ohniskové vzdálenosti kolimátoru znamená oddálení laserového zdroje. A v určitém okamžiku se rozbíhající se průměr laserového paprsku stane příliš velkým na to, aby prošel kolimátorem a skenovací optikou, aniž by byl částečně oříznutý. To je nežádoucí, protože oříznutá část paprsku znamená ztrátu výkonu. čímž se dostáváme zpět k původnímu problému.

Řešením je snížit divergenci laserového zdroje na začátku. Nebo řečeno optickou terminologií, snížit jeho numerickou aperturu (NA), která je mírou úhlu divergence paprsku. To umožňuje použít delší ohniskový kolimátor bez ztráty paprsku, což zase umožňuje použít delší ohniskovou vzdálenost (širší zorné pole) snímacího objektivu F-theta. Tato kombinace poskytuje malý zaostřený bod (vysoký jas) na velkém skenovacím poli. Problém je zdánlivě vyřešen.

Nicméně podstatně snížit NA vláknového laseru - aniž by se snížil jeho výkon nebo došlo k jinému zhoršení jeho výkonu - není tak snadné. Společnost Coherent první a v současnosti jedinou firmou, která toho dokázala dosáhnout. A právě proto nová procesní hlava HIGHmotion 2D s nižším zvětšením, zejména ve spojení s novým laserem HighLight FL-ARM s nízkou NA, umožňuje rychlejší hluboké svařování mědi.

Přečtěte si více informací o laserové procesní hlavě Coherent HIGHmotion 2D a laseru Coherent HighLight FL-ARM.