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这些东西不说,你会知道吗?详解激光焊接机的散热技术

发布:2022-06-23 10:03作者:www.huyunjituan.com点击:1002次

随着激光焊接机的使用越来越多,激光焊接机的可靠性越来越受到关注,包括激光功率的可靠性、电子元件的可靠性、光学设备的可靠性、系统的可靠性等等。大多与激光焊接机本身的热性能密切相关。另外,温度对激光焊接机的性能影响很大,尤其是激光输出功率和输出的稳定性。
激光焊接机的热量主要来自泵浦源和放大器腔。泵浦源的转换效率约为50%,这也意味着对应于光输出功率的能量以热的形式产生。如果热量不及时蒸发,内部芯片的温度会迅速升高,激光的中心波长会随着温度的升高而偏移。在放大的谐振器中,只有部分泵浦光在进入有源放大器光纤时被转换为激光输出,而其余能量则被转换为热能。热能使增益介质的温度升高,导致荧光光谱变宽,自发发射持续时间短,从而降低能量转换效率。因此,激光焊接机的热管理非常重要。
目前主要采用风冷和水冷热控技术。其中,风冷散热技术主要应用于小功率脉冲激光器和小功率连续波激光器。大中型激光焊接机大多采用水冷散热作为散热的主要目的。
顾名思义,水冷是利用水通过热交换器(如水冷板)进行散热。此外,操作原理非常简单,例如来自散热器的冷水通过水管进入热交换器,然后从热交换器的第二个孔流出,然后通过水管流回热交换器。进入发射器并从激光器内部放电。
1.水冷
水冷散热方式简单易维护,散热能力高,温度均匀性好。激光器的冷却能力可以通过使用冷却能力更高的冷却器来提高。目前已有500多家制造商集成和销售便携式激光焊接设备,并且普遍采用水冷方式。但水冷式便携式激光焊接机除了激光器本身外,还需要额外的冷水机和水,这大大增加了机组的整体体积和重量,减少了工作环境。
2.风冷
更一般地说,风冷散热是指使用风扇来改善机器内的空气对流和整体热传递。
450nm 激光将在 1m 波长上将铜材料的加工效率提高近 20 倍。与传统的近红外激光焊接工艺相比,高功率蓝色激光具有数量和质量上的优势。定量优势:更快的焊接速度,更广泛的工艺覆盖范围,直接提高生产效率并最大限度地减少生产停机时间。质量优势:工艺范围更广,焊接质量高,无飞溅,无气孔,机械强度更高,电阻更低。一致的焊接质量可以大大提高生产率。此外,蓝色激光器还可以满足热传导焊接的要求,这是近红外激光器无法做到的。
随着 2014 年诺贝尔物理学奖的获得以及全球环保意识的日益增强,发射氮化镓 (GaN) 光的器件受到了广泛关注,尤其是在照明领域。随着高亮度、大功率蓝色半导体器件的不断改进,蓝色半导体激光器已进入量产时代,但主要用作投影光源代替投影灯,以及荧光粉绿色或红色。 † † 与白炽灯相比,蓝色半导体激光器寿命更长、体积更小,近年来在照明和视野领域迅速普及。然而,激光加工需要比这些蓝光激光器更高的功率用于照明。由于蓝色激光具有上述许多优点,因此已努力开发用于激光治疗的强大蓝色激光。
由于蓝色激光半导体芯片的输出功率为几瓦,因此向上部区域增加功率需要大量时间和金钱。需要新的技术方法来利用蓝色激光器的巨大应用潜力。目前,每个蓝色半导体激光器芯片在单个波长下的有效功率约为 5W,因此提高功率需要一种组合多个芯片功率的光束组合技术。辐射混合方法分为相干和不相交。其中,不相交方法更具成本效益,并且不需要激光间调谐。非相干技术包括在空间中组合多个光束的空间组合技术,将正交偏振光组合成偏振分束器的偏振组合技术,以及组合同轴不同波长的光的波长组合技术。每种方法都有其优点和缺点,每种方法都可以一起使用。其中,该套装适用于组合多个相同波长的激光芯片以实现高性能。迄今为止,两种高效的合成方法已被证明是最成功的,下面简要介绍一下。
第一种方法是激光棒技术,在氮化铟镓 (InGaN) 晶圆上系统地构建单个激光芯片(单发射器),并有效地集成多个单独的激光芯片,每个激光芯片称为激光棒。激光棒必须至少为 50W,它们可以产生蓝光。然后用适当的电连接、冷却和使用特殊的光学器件将几个半导体激光棒连接起来,形成一个半导体激光堆叠(堆叠)。一个完整的半导体激光器可以由一组或多组半导体激光器组成。目前,激光条技术可以实现2千瓦的蓝光亮度。
另一种方法是使用单管半导体激光技术。这些激光器采用独特的“片上单管”设计,可单独准直每个氮化镓 (GaN) 激光管的输出。当使用单个透镜将所有激光管准直在一起时,与棒法一样,组合光束扩展 (BPP) 不可避免地会增加。通过用自己的特殊透镜准直每个单独的激光管,合成光束的衰减可以保持尽可能恒定,并且可以通过提高激光亮度来最小化光束的 BPP。而这种独特的片上管设计为提高整个激光系统的功率提供了最佳机会,因为单灯 GaN 激光器遵循设计的进化路径,向连续传输能量的单灯激光器发展。 . † † † 此外,单管激光技术提供最佳光束质量,可达到 1.5 kW 的输出功率,确保对振镜扫描进行远程激光处理。这种扫描系统通常用于制造电池、电动汽车和消费电子产品。可以在扫描时调整激光功率和停留时间,通过将多个接头几何形状和材料厚度合并到单个扫描模式中来最大限度地提高生产率。
得益于较大的加工窗口,Blu-ray 可以管理元件生产的所有阶段,并焊接厚度为几毫米的铜、金和不锈钢等较厚的材料。它是生产方形电池、电池体以及电池组和电池集成的理想选择。
使用波长为450nm的半导体蓝光光源,可以将铜材料熔化成导热状态,从而微调铜材料熔池的几何形状。在深焊薄铜材料时,精确控制稳定的能量吸收和热导率尤为重要,因为它们有助于防止高压切割或薄材料飞溅。这些现象在焊接堆叠的薄铜片时尤为常见,这会导致由于堆叠的铜片变形而难以控制的不规则形状的裂纹。使用 580W 蓝色二极管激光器以 2m/min 的速度冲击焊接 34 块叠层铜板,产生了 > 0.8mm 宽的焊缝,具有最小的孔隙率和低背隙。通过以一定角度焊接片材堆叠的边缘,片材的端部成功地在大横截面积上熔合并完全粘合到实心片材上。在对接焊和边焊中,都实现了完美的机械连接和出色的导电性。
在三个铜膜以30m的厚度彼此堆叠的状态下,以大约10mm/秒的速度从顶表面对铜膜进行激光扫描。由于100m光纤的强度集中在1:1的投影比上,样品表面的激光光斑直径也为100m,既保证了良好的焊接质量,又消除了热效应。
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