COHERENT ARM激光器为打造无污染汽车解决一项挑战

时间： 2024-10-26 来源：COHERENT官网

技术问答

想象一下，如果一款高燃油效率汽车发动机只产生纯水排放物，将会是怎样。氢燃料电池即可助力实现这种想象。这种电池已经问世。不过，我们还没有准备好大规模使用氢燃料电池为汽车提供动力。要实现这个目标，将需要开发相当多的技术和基础设施，使它们与其他技术相比具有实用性和成本竞争力。COHERENT 高意已经在开发光纤激光工艺来为实现这个目标做出努力。

卓越电池技术

从技术上来说，氢燃料电池被称为质子交换膜燃料电池（PEMFC），或聚合物电解质膜燃料电池。它包含由电解质（导电的液体）隔开的正极和负极。氢燃料从负极进入，空气（含氧）从正极进入。

单个燃料电池（称为膜电极组件或 MEA）产生的电压不到 1V。这对于大多数用途来说都太少了。为了达到有用的功率水平，数百个 MEA 在单个燃料电池中用电连接在一起。 MEA 在电池外壳内部以物理方式堆叠在一起。

但首先，每个 MEA 都密封在两个“双极板”之间。这是一个冲压箔部件，厚度一般在 50 微米到 100 微米之间，通常由不锈钢或钛制成。双极板允许单独的 MEA 进行电气连接，赋予组件一定的机械强度和刚度，并且还包含一组允许气体和冷却液流过的通道。

双极板通过焊接密封在一起。这需要非常高质量的焊接，必须要通过氢泄漏测试。而且，双极板的形状较为复杂，具有多个切口，这使得焊接路径较长，并且有许多曲线。

传统光纤激光器无法达到理想的焊接密封效果

由于每个燃料电池中使用大量双极板，因此密封过程需要十分快速。否则，可能会造成生产瓶颈。目前估计，用于汽车应用的经济实用的 PEMFC 生产需要 MEA 密封过程的焊接速度超过 1 米/秒。

通过扫描振镜传送能量的光纤激光器能够以这种速度进行焊接，甚至更快。此外，这些激光器还可以形成所需的复杂形状的焊缝。但是，它们在这些进给速度下提供的焊接质量并不好。

尤其是传统的光纤激光器在高速焊接双极板时往往会产生“驼峰”。这些“驼峰”是当熔池中的湍流区域重新凝固时在焊缝中形成的小凸起。这种湍流是由非常快速的光束运动直接引起的。

“驼峰”之所以会成为问题，是因为它们会造成突起。这会妨碍 MEA 在组装过程中实现紧密堆叠。

HighLight FL-ARM 解决了“驼峰”问题

Coherent 高意实验室的测试表明，正确配置的可调环模 (ARM) 光纤激光器可以解决“驼峰”问题。具体来说，Coherent HighLight FL4000CSM-ARM（具有单模中心光束的 4 kW 激光器）能够以至少 1.2 米/秒的速度焊接不锈钢双极板，而不会产生任何“驼峰”。这比以前使用光纤激光器的速度快 50%。在这些测试中，激光是通过 Coherent HIGHmotion 2D 远程激光焊接头提供的。

ARM 光纤激光器通过消除快速移动的焊接熔池周围的湍流来避免“驼峰”问题。这是通过利用可调环模架构来实现的。

具体来说，将中心光束功率设置得足够高，以在目标速度下产生全熔透小孔焊接。但是环形光束只承载足够的能量来熔化材料以使其能够流动，而不足以形成焊接锁孔。

这在中心光束周围提供了一个区域，熔化的材料可以在该区域中减速并以层流（非混沌）方式流动。此外，无论 ARM 激光束朝哪个方向前进，对称的圆形激光束总是以相同的方式进行焊接。因此，在通过曲线或改变方向时，焊接特性不会发生变化。与其他不具有对称光斑的多光束光纤激光器相比，这种激光器具有更多优势。

当然，部署燃料电池还有许多其他挑战。这些挑战包括其他电池制造问题，以及氢和铂（铂用作催化剂，将氢原子分离成质子和电子）的来源。我们还需要打造一个氢“加气站”网络，以方便消费者获取燃料。但是，凭借 HighLight FL-ARM 激光器，以及 Coherent 高意实验室拥有的关于将其有效用于双极板焊接的广泛工艺知识，我们已经避开了这一过程中的一个重要障碍。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由Natalia转载自COHERENT官网，原文标题为:COHERENT ARM 激光器为打造无污染汽车解决一项挑战，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

光纤激光器如何助力电动汽车电池生产

通过在电动汽车电池设计中采用更大尺寸的电池，电动汽车将变得对驾驶员来说更实用，而制造商可以降低制造成本。但是，这些电池更大的外形尺寸、更高的驱动电流和更高的生产能力将要求采用激光焊接技术。Coherent HighLight FL-ARM 系列光纤激光器为电池生产所需的精密和苛刻的焊接任务提供了效果极好且极为经济的解决方案，而且已经在其它电池加工任务中证明了其有效性。

应用方案发布时间 : 2024-11-07

使用飞秒激光器进行医疗器械制造切割的兴趣高涨

对于切割医疗器械所用的全新激光器，现在既可以选择飞秒激光器，也可以选择光纤激光器，甚至还可以混合使用这两种激光器。有了后一种选项，用户可以在这两种激光器之间无缝切换，即使在单个作业中也是如此，因为有些情况下使用光纤激光器进行切割可能比使用飞秒激光器更经济。

应用方案发布时间 : 2024-05-21

改善汽车焊接，高意可调环模 (ARM) 先进光纤激光器让汽车制造商处于主导地位

最近，一家大型汽车座椅制造商请求 Coherent 高意实验室对高强度钢材料进行一系列焊接测试。具体来说，这些测试涉及使用 Coherent HighLight FL8000-ARM 光纤激光器搭接焊接各种厚度的 HSLA 板。我们使用了一种特殊的焊接端接方案，可以独立地降低中心光束和环形光速的功率。

应用方案发布时间 : 2024-10-31