光束整形实现更好的电池加工

几十年前，当激光首次出现在制造领域时，用户在激光束的选择上采用了“一刀切”的方法。固定的光束轮廓在某些应用中效果很好，而在另一些应用中效果就差强人意了。随着时间的推移，操纵光束方面的进步已被证明对车间的切割和焊接工作非常有价值。

 

如今，操纵激光束（通常称为光束整形）的能力为激光切割和焊接人员带来了各种好处。

 

通快公司光电技术经理兼激光光学设计首席专家Daniel Flamm说：“一般来说，光束整形工艺已经非常成熟。光束整形可以优化生产能力，提高切割和焊接质量，减少能源和加工气体的消耗。要想在激光切割和焊接方面更上一层楼，制造商必须在最大限度提高生产率的同时降低生产成本。”

 

这就是激光切割和焊接领域所采用的光束操纵技术的发展方向。

 

通快为三维激光切割、三维激光焊接和平板激光切割工艺提供了独一无二的光束整形技术。这三种技术均采用二合一的内芯和外芯光纤激光光缆。聚焦光学器件可在内核和外环之间灵活分配激光功率，从而产生定制光束，为特定材料提供所需的效果。

 

对于厚度在1- 5mm之间的薄金属板，Flamm表示，这种聚焦可以产生量身定制的切割切口。

 

他解释说：“切口呈锥形，有点像入口处变圆的漏斗。这样就可以使用较小的切割喷嘴，从而大幅降低气体消耗量达50%。例如，在对成本敏感的汽车行业，这一点就非常重要。”

 

满足速度需求

该技术还能提高速度。

 

Flamm说：“这种集中成形的主要优势在于进给速度。与标准的多千瓦切割工艺（主要取决于零件形状和一定的板材厚度）相比，这种成型技术可以将进给量提高20%-50%，并且已经针对汽车行业使用的热成型材料进行了充分的开发。”

 

在切割三维零件时，光学器件的倾斜角度对生产率有很大影响。Flamm认为，光束整形在这方面大有裨益。

 

他解释说：“光学头可以在三维空间内移动，因此光束聚焦形状必须在弯曲的工件上移动。但是，由于工艺的稳健性，例如采用通快的BrightLine Speed工艺，可以应用于工件的最大倾斜角度增加了20%。”

 

这意味着更快的速度和更高的切割质量。总之，有效的光束整形不仅包括将工作光束聚焦在更小的区域，还包括更高质量的光束源和正确的光束定位。

 

他解释说：“光学头可以三维移动，因此光束聚焦形状必须在弯曲的工件上移动。但是，由于工艺的稳健性，例如采用通快的 BrightLine Speed工艺，可以应用于工件的最大倾斜角度增加了20%。”

 

这意味着更快的速度和更高的切割质量。总之，有效的光束整形不仅包括将工作光束聚焦在更小的区域，还包括更高质量的光束源和正确的光束定位。

 

“光束整形不仅仅是在工件上产生一个小光束，”Flamm说，“该技术从外核产生一个环绕光束，将内核光束产生的巨大能量引导到一个中心点，从而调整切割曲线——调整辐射在工件上的热足迹。这是获得优化能量沉积的关键，不仅在表面，而且在光束体积内部。”

 

光束整形可以自动进行，并为各种材料类型和厚度提供参数。加工人员无需学习激光聚焦的所有细节，这些知识都已融入激光系统。通过使用建议的参数，加工人员可以可靠地确定适合其应用的正确且最具生产力的设置。

 

激光焊接的优势

如前所述，光束整形在激光焊接和切割中都能带来好处。通过修改光束的形状、大小及其强度分布，用户可以优化各种材料类型和接头结构的激光焊接，优化穿透深度和宽度，并最大限度地减少飞溅和气孔。

 

光束整形技术已在实际焊接中取得成效。例如，Benteler汽车部门采用通快的BrightLine Weld技术及其MultiFocus光学系统，对铝冷却板进行高速、低飞溅激光焊接。

 

Benteler研发团队为电动汽车电池组开发了一种铝制冷却板，需要可靠的气密焊接。为了应对这一挑战，通快的行业管理团队将 BrightLineWeld与新开发的MultiFocus光学技术相结合，为开发用于批量生产的新型激光光学技术提供了支持。这两项技术可共同稳定焊接锁孔，防止其塌陷。这种新颖的方法提高了工艺效率，实现了更大的焊接深度，并改善了焊缝质量。

 

通过使用MultiFocus技术，Benteler发现键孔面积增大，熔池扩大，焊接飞溅减少，焊接几何形状的均匀性提高（通过微观截面验证），冷却板焊缝的气密性可靠。

 

总结Benteler实现的效益：

• 空间定制的激光能量分布实现了铝焊接的锁孔稳定并减少了气孔的形成；
• 通过 MultiFocus 光学系统利用稳定的锁孔焊接工艺实现冷却板的气密焊接；
• 焊接速度超过 10米/分钟。

 

“快速的工艺速度要求有针对性地输入热能，这是确保焊接过程中毛细管稳定的唯一方法，”通快全球业务开发主管Mauritz Möller解释说，“孔隙可能会形成，而 MultiFocus 光学系统恰恰可以防止这种情况的发生。”