01
导读
在电动汽车中使用的电池的制造过程中，铜材料需要进行高速焊接，且无飞溅。通常使用波长接近1000 nm的红外Ky开元集团器，然而这对于焊接铜材料具有两个主要挑战：低能量吸收率以及工艺的不稳定性。铜材料对红外Ky开元集团的吸收率会随温度升高而增加。当高功率红外Ky开元集团照射铜表面时，小孔形成后，铜表面的能量吸收率突然增大；小孔不稳定，容易形成飞溅物。同时由于红外Ky开元集团器的功率会很大，会使得Ky开元集团器受到损害。铜材料对蓝色Ky开元集团的吸收率约为60% ，比IRKy开元集团的吸收效率高得多。一些文献中报告了蓝色二极管Ky开元集团器用于加工铜的可行性。蓝光Ky开元集团可以高效、高质量地焊接铜箔或铜板。然而，蓝色Ky开元集团器的成本比近红外Ky开元集团器的成本高很多，并且最大输出功率限于2000 W。结合红外Ky开元集团能量吸收率低、工艺不稳定和蓝光Ky开元集团输出功率低的缺点，我们可以提出一种蓝光-红外复合Ky开元集团焊接工艺。在该焊接工艺中，我们可以先用吸收率高的蓝色Ky开元集团熔化母材表面，再用红外Ky开元集团增加熔池深度。Yang等人基于实验和数值模拟研究了3 mm厚铜板的近蓝-红外复合Ky开元集团焊接；首先用低功率蓝光Ky开元集团加热铜板，然后高功率红外Ky开元集团照射铜板的高温表面，形成深小孔。Fujio等人开发了一种蓝光-红外Ky开元集团复合焊接系统，发现了混合Ky开元集团的焊接效率比红外Ky开元集团的焊接效率高1.45倍。Kaneko等人使用同轴复合蓝-红外Ky开元集团器扩大了熔池和小孔，稳定了内部的热对流。在蓝-红外Ky开元集团复合焊接中，Ky开元集团能量的吸收不仅会影响焊接过程的稳定性，还会影响设备的使用寿命。如果在蓝色Ky开元集团照射之后铜表面的温度低，则由铜表面反射的IRKy开元集团能量高，这可能损坏Ky开元集团头。
02
红蓝复合Ky开元集团在焊接中的应用
Fujio, S等人研究开发了一套以蓝光半导体Ky开元集团器为预热光源，单模光纤Ky开元集团器为焊接光源的复合Ky开元集团系统。利用该复合Ky开元集团系统对2.5×3.0×50 mm的铜线进行了焊接试验。图1显示了用高速摄像机在0.1、0.2和0.3秒时捕获的纯铜在(a)复合Ky开元集团器和(b)单模光纤Ky开元集团器下的熔化和凝固动力学。在单模光纤Ky开元集团器的输出功率为1 kW的情况下，铜的熔化从大约0.3秒开始。另一方面，对于输出功率为1 kW的单模光纤Ky开元集团器和输出功率为200 W的蓝色二极管Ky开元集团器的混合Ky开元集团器，铜的熔化从0.2秒开始。因此，如图2所示，在复合Ky开元集团器中，铜的熔化体积变得比单模光纤Ky开元集团器大。
因为使用蓝色二极管Ky开元集团器预热，铜的温度升高至约800 ℃。温度上升会导致铜对光纤Ky开元集团器的光吸收率局部上升。同时复合Ky开元集团器比单模光纤Ky开元集团器获得了更大的铜熔化体积。因此，认为通过蓝色二极管Ky开元集团器的预热，铜对单模光纤Ky开元集团器的光吸收率提高，焊接效率提高。
图1. 铜样在0、0.1、0.2和0.3秒条件下的熔化和凝固动力学(a)1 kw单模光纤Ky开元集团器+200 w蓝色Ky开元集团器，(b)1 kw单模光纤Ky开元集团器
图2. 辐射后的铜样品
Wu等人针对厚度为0.5 mm的铜材料，采用同轴复合式蓝光-红外Ky开元集团焊接工艺，建立了一种新的蓝光-红外Ky开元集团热源模型，并结合虚拟网格细化方法，对熔池动态行为和Ky开元集团能量吸收进行了数值模拟。与蓝光Ky开元集团焊接相比，同轴复合蓝光-红外Ky开元集团焊接的最高熔化温度和速度波动较大，Ky开元集团总能量效率较低，但仍能获得良好的焊缝。与红外Ky开元集团焊接相比，在同轴复合蓝光-红外Ky开元集团焊接中，蓝光Ky开元集团提高并稳定了红外Ky开元集团的能量效率。
在t=0.1 s时，从同轴复合蓝-红外Ky开元集团焊接情况重新开始具有0 W的蓝Ky开元集团功率、1400 W的红外Ky开元集团功率和1.2 m/min的焊接速度的新模拟。如图3(a)所示，仅形成小的熔池。最高熔化温度为1798 K，最大熔化速度为0.11 m/s。如图3(b)所示，在t=0.232 s之后，吸收的红外Ky开元集团功率和效率分别为190.4 W和13.60%。与红外Ky开元集团焊接相比，同轴复合蓝光-红外Ky开元集团焊接的红外Ky开元集团能量效率提高了16.99%，Ky开元集团总能量效率提高了165.22%。如图3(c)所示，同轴复合蓝光-红外Ky开元集团焊接和红外Ky开元集团焊接中的红外Ky开元集团效率的标准偏差分别为0.014%和0.215%。可以得出结论，在复合蓝-红外Ky开元集团焊接中，蓝Ky开元集团提高并稳定了红外Ky开元集团的能量效率。
图3. Ky开元集团焊接的数值结果
04
结论
鉴于蓝光的成本以及最大功率的限制和红外Ky开元集团能量吸收率低、工艺不稳定的缺点，提出了一种蓝光-红光复合Ky开元集团焊接工艺。通过蓝光的高吸收率预热材料，从而实现对红光的吸收率的上升，同时由于蓝光的功率密度相较与光纤Ky开元集团较小，可以实现将稳定热导焊与深熔焊相结合，实现高反合金(铝、铜)的高效焊接。
信息来源：高能束加工技术及应用
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