Coherent HighLight FL-ARM系列光纤激光器告诉你，为何电动汽车焊接要讲究技巧，而不仅靠力量

时间： 2024-05-29 来源：Coherent高意激光公众号

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光纤激光器

在汽车生产中应用光纤激光器已经取得了巨大成功，它们已经被用于众多焊接和切割应用，包括白车身、悬挂部件、动力总成组件等等。这一点也不足为奇。与大多数以前采用的技术（激光和非激光）相比，光纤激光器具有多项优势。

然而，汽车行业仍然是创新的重要源泉。虽然高功率光纤激光器在汽车生产中已经成功应用了一段时间，但为了支持电动化和轻量化，目前最复杂的焊接工艺需要的不仅仅是功率。尽管实际上有很多不同的应用，但大多数应用通常涉及：

非常薄的材料或对热输入敏感的材料
“难”以焊接的材料，如铝、铜和高强钢
异种材料焊接

为了完成这些更具挑战性的任务，激光器必须具备两种主要功能。首先是具备足够的功率来支持必要的生产效率。在处理较厚的部件时，还需要具备高功率才能实现足够的熔深。其次是能够精确控制激光功率在工作表面上的分布方式 – 无论是在空间上还是时间上。

功率和精确控制

COHERENT高意公司开发出了可调环模（ARM）光纤激光器，旨在提供功率和控制精度。为了实现这一目标，ARM 采用了双光束输出 – 它产生一个中心光斑，周围环绕着另一同心激光环。芯环功率可以独立控制，并可脉冲输出。

Coherent HighLight FL-ARM系列光纤激光器的总功率高达10kW。这一功率量级对于以高效的产量的所有应用已经绰绰有余。事实上，大多数高精度、要求最高的产品通常使用的量不到该功率量级的一半。因此，Coherent高意公司ARM激光器能够在必要时将足够的激光功率精确地定向传递到焊接位置。

铜焊接就是其工作原理的一个示例。一些制造商已经转向采用绿光激光器来焊接铜，因为与光纤激光器的红外光相比，绿色激光更容易被铜吸收。但这一过程只能在室温下产生。一旦铜受热，它就能很好地吸收红外光，而一旦有了匙孔，铜吸收红光的能力也会变得更强。

因此，使用 ARM激光器开始焊接铜时，首先只在环光来加热材料，直至其熔化。接下来，高功率中心光束可产生匙孔。然而，在焊接过程中，一些功率会保持在环形光束中，因为这样可以稳定匙孔，这样可减少飞溅，并达到稳定的焊接效果。当光束到达焊缝末端时，环光功率完全关闭，芯部功率平稳下降，以形成干净、均匀的端部。

这种工艺也可在焊接其他要求较高的材料（例如铝和镀锌板）时提供类似的优势。而且，它可以实现对薄材料或热敏感材料的高精度焊接。

功率控制

一些类似于Coherent高意公司ARM的光纤激光器制造商指出，其产品允许100%的总功率在芯环之间随意分配，好像这是一个优势。

但事实并非如此。

因为ARM激光器的全部优势在于，将功率分配在芯和环，从而将输入的热量以一种比单光束产生更好效果的方式传导至相应工件中，这一点就像前面所描述的铜焊接示例一样。否则，为什么不直接使用标准单光束（而且更便宜）的光纤激光器呢?

他们还产生了一个担忧，即Coherent高意公司ARM结构不够“灵活”。

要理解这一说法，您需要知道：

ARM激光器实际上是采用两个或更多个光纤激光器模块构建的，其中每个模块均耦合到芯或环光，以提供各种最大功率比。（在运行过程中，每个模块的功率可以在该最大值的0%到100%之间平稳变化。）

在制造系统时，需要设置馈入芯环的模块数量。因此，使用四个2kW模块构建的8kW ARM激光器可以配置三种不同的最大芯/环功率比。它们分别是6kW/2kW、4W/4kW或2kW/6kW。而且，芯环最大功率随后无法更改，因此被认为“不灵活”。

但是，用于任何特定客户激光器的配置均基于在购买激光器之前就进行的工艺试验。这些情况确定了在量产所需的功率和芯环功率比。而且，提供了一个足够大的工艺窗口，以支持适应生产中的不稳定性（例如，原材料中的批次间变化，装夹误差等）。

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