การเปรียบเทียบการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบวงแหวน-ไฮบริดแบบโหมดเดี่ยว-หลายโหมด

การเชื่อมเป็นกระบวนการเชื่อมโลหะตั้งแต่ 2 ชิ้นขึ้นไปเข้าด้วยกันโดยใช้ความร้อน โดยทั่วไปการเชื่อมเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่วัสดุจนถึงจุดหลอมเหลวเพื่อให้โลหะฐานละลายเพื่อเติมเต็มช่องว่างระหว่างข้อต่อ ทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่ง การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการเชื่อมต่อที่ใช้เลเซอร์เป็นแหล่งความร้อน

ยกตัวอย่างแบตเตอรี่กำลังแบบกล่องสี่เหลี่ยม: แกนแบตเตอรี่เชื่อมต่อกันด้วยเลเซอร์ผ่านหลายส่วน ในระหว่างกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ทั้งหมด ความแข็งแรงในการเชื่อมต่อของวัสดุ ประสิทธิภาพการผลิต และอัตราข้อบกพร่องเป็นสามประเด็นที่อุตสาหกรรมกังวลมากขึ้น ความแข็งแรงในการเชื่อมต่อของวัสดุสามารถสะท้อนได้จากความลึกและความกว้างของการเจาะโลหะ (เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์) ประสิทธิภาพการผลิตส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการประมวลผลของแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ อัตราข้อบกพร่องส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเลือกแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ ดังนั้นบทความนี้จะกล่าวถึงสิ่งทั่วไปในตลาด มีการเปรียบเทียบแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์หลายแหล่งอย่างง่ายๆ โดยหวังว่าจะช่วยเพื่อนนักพัฒนากระบวนการได้

เพราะการเชื่อมด้วยเลเซอร์โดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการแปลงแสงเป็นความร้อน โดยมีพารามิเตอร์หลักหลายประการที่เกี่ยวข้องดังนี้: คุณภาพลำแสง (BBP, M2, มุมแตกต่าง), ความหนาแน่นของพลังงาน, เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง, รูปแบบการกระจายพลังงาน, หัวเชื่อมแบบปรับได้, หน้าต่างกระบวนการแปรรูป และวัสดุที่แปรรูปได้ ส่วนใหญ่จะใช้ในการวิเคราะห์และเปรียบเทียบแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์จากทิศทางเหล่านี้

การเปรียบเทียบเลเซอร์โหมดเดี่ยวและมัลติโหมด

คำจำกัดความหลายโหมดโหมดเดียว:

โหมดเดี่ยวหมายถึงรูปแบบการกระจายพลังงานเลเซอร์เดียวบนระนาบสองมิติ ในขณะที่โหมดหลายโหมดหมายถึงรูปแบบการกระจายพลังงานเชิงพื้นที่ที่เกิดจากการซ้อนทับของรูปแบบการกระจายหลายรูปแบบ โดยทั่วไป ขนาดของคุณภาพลำแสงปัจจัย M2 สามารถใช้เพื่อตัดสินว่าเอาต์พุตเลเซอร์ไฟเบอร์เป็นโหมดเดียวหรือหลายโหมด: M2 น้อยกว่า 1.3 เป็นเลเซอร์โหมดเดียวบริสุทธิ์ M2 ระหว่าง 1.3 ถึง 2.0 เป็นกึ่ง เลเซอร์โหมดเดียว (ไม่กี่โหมด) และ M2 มากกว่า 2.0 สำหรับเลเซอร์มัลติโหมด

เพราะการเชื่อมด้วยเลเซอร์โดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการแปลงจากแสงเป็นความร้อน โดยมีพารามิเตอร์หลักหลายประการที่เกี่ยวข้องดังนี้: คุณภาพลำแสง (BBP, M2, มุมแตกต่าง), ความหนาแน่นของพลังงาน, เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง, รูปแบบการกระจายพลังงาน, หัวเชื่อมแบบปรับได้, หน้าต่างกระบวนการแปรรูป และวัสดุที่แปรรูปได้ ส่วนใหญ่จะใช้ในการวิเคราะห์และเปรียบเทียบแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์จากทิศทางเหล่านี้

การเปรียบเทียบเลเซอร์โหมดเดี่ยวและมัลติโหมด

คำจำกัดความหลายโหมดโหมดเดียว:

โหมดเดี่ยวหมายถึงรูปแบบการกระจายพลังงานเลเซอร์เดียวบนระนาบสองมิติ ในขณะที่โหมดหลายโหมดหมายถึงรูปแบบการกระจายพลังงานเชิงพื้นที่ที่เกิดจากการซ้อนทับของรูปแบบการกระจายหลายรูปแบบ โดยทั่วไป ขนาดของคุณภาพลำแสงปัจจัย M2 สามารถใช้เพื่อตัดสินว่าเอาต์พุตเลเซอร์ไฟเบอร์เป็นโหมดเดียวหรือหลายโหมด: M2 น้อยกว่า 1.3 เป็นเลเซอร์โหมดเดียวบริสุทธิ์ M2 ระหว่าง 1.3 ถึง 2.0 เป็นกึ่ง เลเซอร์โหมดเดียว (ไม่กี่โหมด) และ M2 มากกว่า 2.0 สำหรับเลเซอร์มัลติโหมด

ดังแสดงในรูป: รูปที่ b แสดงการกระจายพลังงานของโหมดพื้นฐานเดี่ยว และการกระจายพลังงานในทิศทางใดๆ ที่ผ่านจุดศูนย์กลางของวงกลมจะอยู่ในรูปของเส้นโค้งแบบเกาส์เซียน รูปภาพ a แสดงการกระจายพลังงานแบบหลายโหมด ซึ่งเป็นการกระจายพลังงานเชิงพื้นที่ที่เกิดขึ้นจากการซ้อนทับของโหมดเลเซอร์เดี่ยวหลายโหมด ผลลัพธ์ของการซ้อนทับแบบหลายโหมดคือเส้นโค้งด้านบนเรียบ

เลเซอร์โหมดเดี่ยวทั่วไป: IPG YLR-2000-SM, SM เป็นตัวย่อของโหมดเดี่ยว การคำนวณใช้โฟกัสแบบคอลลิเมต 150-250 เพื่อคำนวณขนาดจุดโฟกัส ความหนาแน่นของพลังงานคือ 2000W และใช้ความหนาแน่นของพลังงานโฟกัสเพื่อการเปรียบเทียบ

การเปรียบเทียบโหมดเดี่ยวและหลายโหมดการเชื่อมด้วยเลเซอร์ผลกระทบ

เลเซอร์โหมดเดี่ยว: เส้นผ่านศูนย์กลางแกนเล็ก ความหนาแน่นของพลังงานสูง ความสามารถในการเจาะที่แข็งแกร่ง โซนรับความร้อนขนาดเล็ก คล้ายกับมีดคม เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมแผ่นบางและการเชื่อมความเร็วสูง และสามารถใช้กับกัลวาโนมิเตอร์ในการประมวลผลขนาดเล็ก ชิ้นส่วนและชิ้นส่วนที่มีการสะท้อนแสงสูง (ชิ้นส่วนที่มีการสะท้อนแสงมาก), หู, ชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ ฯลฯ ) ดังแสดงในรูปด้านบน โหมดเดี่ยวมีรูกุญแจเล็กกว่าและมีไอโลหะแรงดันสูงภายในในปริมาณที่จำกัด ดังนั้นโดยทั่วไปจึงไม่ มีข้อบกพร่องเช่นรูขุมขนภายใน ที่ความเร็วต่ำ ลักษณะจะหยาบโดยไม่ต้องเป่าลมป้องกัน เมื่อขับขี่ด้วยความเร็วสูงจะมีการป้องกันเพิ่ม คุณภาพการแปรรูปแก๊สดี ประสิทธิภาพสูง รอยเชื่อมเรียบและแบน และอัตราผลตอบแทนสูง เหมาะสำหรับการเชื่อมแบบกองซ้อนและการเชื่อมแบบเจาะ

เลเซอร์หลายโหมด: เส้นผ่านศูนย์กลางแกนขนาดใหญ่, ความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าเลเซอร์โหมดเดียวเล็กน้อย, มีดทื่อ, รูกุญแจที่ใหญ่กว่า, โครงสร้างโลหะที่หนาขึ้น, อัตราส่วนความลึกต่อความกว้างที่เล็กกว่า และด้วยกำลังเท่ากัน ความลึกของการเจาะจะลดลง 30% กว่าเลเซอร์แบบโหมดเดียว จึงเหมาะสำหรับการใช้งาน เหมาะสำหรับการประมวลผลการเชื่อมชนและการแปรรูปแผ่นหนาที่มีช่องว่างในการประกอบขนาดใหญ่

คอนทราสต์เลเซอร์แบบวงแหวนคอมโพสิต

การเชื่อมแบบไฮบริด: ลำแสงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีความยาวคลื่น 915 นาโนเมตร และลำแสงเลเซอร์ไฟเบอร์ที่มีความยาวคลื่น 1070 นาโนเมตร จะถูกรวมไว้ในหัวเชื่อมเดียวกัน ลำแสงเลเซอร์ทั้งสองลำมีการกระจายแบบโคแอกเซียล และระนาบโฟกัสของลำแสงเลเซอร์ทั้งสองลำสามารถปรับได้อย่างยืดหยุ่น เพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีทั้งเซมิคอนดักเตอร์การเชื่อมด้วยเลเซอร์ความสามารถหลังการเชื่อม ให้ผลลัพธ์ที่สดใสและมีความลึกของไฟเบอร์การเชื่อมด้วยเลเซอร์.

เซมิคอนดักเตอร์มักใช้จุดไฟขนาดใหญ่มากกว่า 400um ซึ่งมีหน้าที่หลักในการอุ่นวัสดุ การละลายพื้นผิวของวัสดุ และเพิ่มอัตราการดูดซับของวัสดุของไฟเบอร์เลเซอร์ (อัตราการดูดซับของวัสดุของเลเซอร์จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น)

ริงเลเซอร์: โมดูลไฟเบอร์เลเซอร์สองตัวปล่อยแสงเลเซอร์ ซึ่งถูกส่งไปยังพื้นผิวของวัสดุผ่านไฟเบอร์ออปติกคอมโพสิต (ไฟเบอร์ออปติกวงแหวนภายในไฟเบอร์ออปติกทรงกระบอก)

ลำแสงเลเซอร์สองลำที่มีจุดเป็นรูปวงแหวน: วงแหวนรอบนอกมีหน้าที่ในการขยายการเปิดรูกุญแจและการหลอมวัสดุ และเลเซอร์วงแหวนด้านในมีหน้าที่รับผิดชอบสำหรับความลึกของการเจาะ ทำให้เกิดการเชื่อมที่กระเด็นต่ำเป็นพิเศษ เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกำลังเลเซอร์วงแหวนด้านในและด้านนอกสามารถจับคู่ได้อย่างอิสระ และเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางสามารถจับคู่ได้อย่างอิสระ หน้าต่างกระบวนการมีความยืดหยุ่นมากกว่าลำแสงเลเซอร์เดี่ยว

การเปรียบเทียบเอฟเฟกต์การเชื่อมแบบคอมโพสิต-วงกลม

เนื่องจากการเชื่อมแบบไฮบริดเป็นการผสมผสานระหว่างการเชื่อมการนำความร้อนของเซมิคอนดักเตอร์และการเชื่อมแบบเจาะลึกด้วยไฟเบอร์ออปติก การเจาะวงแหวนรอบนอกจึงตื้นกว่า โครงสร้างทางโลหะวิทยาจึงคมและเรียวกว่า ในเวลาเดียวกัน ลักษณะเป็นการนำความร้อน สระหลอมเหลวมีความผันผวนเล็กน้อย ช่วงกว้าง และสระหลอมเหลวมีเสถียรภาพมากขึ้น สะท้อนถึงลักษณะที่นุ่มนวลขึ้น

เนื่องจากเลเซอร์วงแหวนเป็นการผสมผสานระหว่างการเชื่อมแบบเจาะลึกและการเชื่อมแบบเจาะลึก วงแหวนรอบนอกจึงสามารถสร้างความลึกในการเจาะซึ่งสามารถขยายการเปิดรูกุญแจได้อย่างมีประสิทธิภาพ พลังงานเดียวกันมีความลึกในการเจาะมากกว่าและโลหะวิทยาที่หนากว่า แต่ในขณะเดียวกัน ความเสถียรของพูลหลอมเหลวนั้นน้อยกว่าความผันผวนของเซมิคอนดักเตอร์ใยแก้วนำแสงมีขนาดใหญ่กว่าการเชื่อมคอมโพสิตเล็กน้อย และความหยาบค่อนข้างใหญ่