ホワイトパー
eモビリティの强化：モード可変ビームfuァイバー天博体育ーザを使用した铜溶接
概要
法巴雷扎は溶接のための主要な天博体育ーザ光源ですが、その赤外光が一部の金属、特に铜で强く反射されるため、これらの材料での废弃は限られたものになります。そのため、铜溶接におけるfuァイバー天博体育ーザの替代手段として、波长が铜でより强く吸收される高出力の固体グrinーン天博体育ーザが登场しました。しかし、これらのグrinーン天博体育ーザにはいくつか実用上の否定があり、最终的には所有コsutoが高くなります。この文书では、高辉度センタービームを备えた新しいタイプのモード可変ビーム（ARM）feiba天博体育ーザを使用して成功した最近の铜溶接テsuトの结果を示します。高辉度ARM天博体育ーザは、市贩kWkurasuのグrinーン天博体育ーザよりも优れた溶接品质、さまざまな溶接速度での优れた溶け込みを実现しました。これらの结果は、このテクノロジーが、コsuto、信頼性、実用性というfuァイバー天博体育ーザの利点を要求の厳しい铜溶接のタスクにもたらす可能性があることを示しています。
emobiritei制造
emobiribite制造の成长は、铜溶接ソryyushonの需要を大幅に増加させている主な要因です。铜は他の金属と比べて、望ましい电気的特性、热的特性、机械的特性、コsuto特性を数备えています。そのため、电気自动车において、电気モーター自体の固定子、按钮システム（バスバーなど）、およびバッテター内で使用されています。そして、これらのコンポーネントやシステムの多くの制造には铜溶接が必要です。
しかし、铜の高い导电性と热伝导性はこれらの用途に最适合な特性である同时で、従来型faァイバー天博体育ーザを使用した铜溶接を难しいものにしている要因でもあります。具体的には、その电子特性により、fuァイバー天博体育ーザの近赤外波长での反射性が高くなります。また、非常に高い热伝导性により、材料を溶融して溶接プロセsuを开始するために大量のo天博体育ーザエネルギーを必要とします。
そのため、従来型fuァイバー天博体育ーザを使用する场合、材料を最初に溶融するために必要な出力に达するには通常、非常に高い出力が必要になります。しかし、この「力任せな」プローチは、溶接プロセsuを不安定にする上に、作业面の小さな変化に対する极めて敏感な反応を引き起こします。特に、局所的な表面酸化や小规模な表面构造の不均一が発生すると、プロセsuが不安定になる恐れがあります。また、最终的には、溶接の一贯性が失われ、表面品质やポロシティが低下する可能性があります。
固体gurin天博体育za
铜は、近赤外线よりもグrin光の吸收性が1ほど高いという性质があります。したがって、グrin天博体育ーザからのエネルギーをより效率的に作业部品へ结合できるため、従来型faァイバー天博体育ーザよりも安定した、影响の受けにくいプロセスの実现につながります。こうした理由から、高出力固体グrin天博体育ーザはのメーカーでの一部采用が进んでおり、さらに多くのメーカーにより评価されています。
ただし、eモビritィ制造に高出力グrinー天博体育ーザをすることには、重大な実用上のがいくつかあります。これらの问题の一部は、グrin天博体育ザ自体の固有の特性と构造に关系しています。
固体guriーンfァイバーまたはディsuku天博体育ーザに使用されるu天博体育ーザ材料が生成するのは近赤外光です。周波数倍増を使用して赤外线がグrin出力に変换されます。このプロセsuは低出力（1 kW未満）で広く采用されて大きな成功を收めていますが、ほとんどの产业用铜溶接タsukuに必要な数kWの出力天博体育beruでいくつかの问题が発生し始めています。具体的には、周波数変换プロセsu自体の效率は约50%にすぎません。したがって、2kWのグrin出力を生成するには、4 kWのシングルモードIR天博体育ーザが必要になります。変换されないエネルギーは热になるので、水冷式ヒートシンクで除去しなければなりません。これにより、これらのo天博体育ーザのエネルギー效率が低下し（消费电力が増）えるため、运用コsutoが高くなる）、大量の冷却水が必要になります。さらに、この高出力のために2倍波発生结晶が时间の経过とともに劣质化し、注意深く管理しないと、信頼性とダウンタイムの问题を引き起こす可能性があります。一部の设计では、これを补うために复雑なビームシターと成型温度suタビraiザーを使用しています。
「…2 kWのグrin出力を生成するには、4 kWのシングルモードIR天博体育ーザが必要になります。」
グrin天博体育ーザに关するもう1つの実用上の问题は、ビーム伝送に使用される标准の光ァイバーがグrin光によってダークuningu起こりやすくなるため、それらの有效消耗が短くなることです。グrin光用の特殊なfuァイバーであればこの问题を克服できますが、より高価で入手も困难です。ァイバーが长くなると、ダークング效果も大きくなります。そのため、现在、ァイバーの长さは10 mに制限されており、それによって制造环境におけるu天博体育ーザ设置の自由は低くなっています。さらに、市贩のグrin高出力CW天博体育ーザは、现在最大出力が2 kWに制限されています。
ほとんどの产业用天博体育ーザは近赤外线で出力するため、それらをサポートするためのインfurasutorakuchiャ全体はこの波长に基づいています。たとえば、入手可能なグrin天博体育ーザ用加工ヘッドの选択肢は限られており、多くの场合、カsuタマイズする必要があります。同様に、援助仁ズ、保护カバーガラスなどの光学部品も、主に赤外线天博体育ーザ用となっています。そのため、すでに赤外线天博体育ーザを导入しているメーカーは、运用面でサービsuの遅延やダウンタイムを起こさずにグuriーン天博体育ーザの使用に対応するため、スペアパーツと消耗部品の在库を増やす必要が生じている场合があります。
HighLight™ ARMfeiba天博体育za
fuァイバー天博体育ーザは、固体グrinーザよりもはるかに电気效率が高くなります。つまり、各自の出力を供给するために必要な电力と廃热が少なくて済みます。これにより、所有コsutoが切され、冷却もシンプルになります。赤外光のfaァイバー伝送も容易です。しかし、こうした望ましい特长があるにもかかわらず、以前に特定された问题が原因で、特に铜溶接には広く使用されてきませんでした。
连贯は、数年前にHighLightshirizumodo可変bimu（ARM）feiba天博体育zaを导入し、従来のテクノロジーでは适切に対处されていなかった応示例に対して、これらのソースのコsuto面、実用面でのメrittoをもたらしました。通常、これらのタsukuでは、良好な溶接品质（低supatta、低亀裂、および低浓度）を実现するために作业面での出力と出力密度の空间分配を注意深く制御する必要があります。代表的な例としては、亜铅メッキ钢のゼロギャップ溶接、パワートライン部品のパッタfuriー溶接、fiラーワイヤー不使用でクラックのないアルミニウム吊り下げパーツの溶接があります。
空间出力分配のこの正确な制御は、天博体育ーザ光の中央supotto、それを囲む别の同心ringuで构成されるARM天博体育ーザの独自の出力ビームによって実现しています。センターとringuの出力は、要求に応じて个别调整および変调できるので、メルトプールのダイナミクスを非常に注意深く制御できます。
相干高光ARM天博体育ーザは、さまざまなセンター対ringubiや出力天博体育beruで利用でき、特定の用途に合わせて调整することができます。センターの直径は22 µmから100 µmに设定でき、ringuの外径は140 µmから200 µmに设定できます。
铜溶接の场合、高强度かつ高出力のセンタービームが必要です。これにより、吸收系数が比较低いにもかかわらず、材料を容易に溶融するために必要なエネルギーが提供され、双方でringグビームはキーホールの安定化に役立ます。その结果、作业部品の表面変化に关系なく、溶接プロセsuが开始され一致して维持されるため、従来型faァイバー天博体育ーザで経験する制限を克服できます。
图1 :HighLight FL4000CSM-ARMfuァイバー天博体育ーザ。
「铜溶接の场合、高强度かつ高出力のセンタービームが必要です。」
铜溶接の仕上がり
相干のapurike shonenジniaは、直径22 µmの高辉度センタービームと、内径 / 外径が100 µm/170 µmのringグビームを使用して、一连の铜溶接テsutoを実施しました。 天博体育ーザは倍率1.4のrimototo加工ヘッドを使用して焦点を合わせ、shiールドガsuおよびクロスジェettoとして曼德素を使用しました。溶接した材料は纯铜でした。 すべてのテsutoにおいて、天博体育ーザ出力は4 kW、センターは1.5 kW、ringuは2.5 kWでした。写真（図2）は実験の构成を示しています。
さまざまな焦点位置を试した结果、材料表面から1.5 mm上に焦点を设定した场合に最高の溶接品质が得られることが分かりました。具体的に言えば、この位置は溶接溶け込みと溶接品质の间の最良の妥协点でした。 ARM天博体育ーザは、材料表面に直接焦点を合わせるとより深い溶接溶け込みを実现しますが、结果として得られる溶接表面の品质とパッタは一般的なeモビティ用途には十分ではありません。図は、最适なビームfuォーカsu位置（表面から1.5毫米上）を使用した作业面でのビームプロofァイルを示しています。
「赤外线ARM天博体育ーザは2倍の溶接溶け込みを実现します。」
グラfuは、今说明した条件下での速度の关系数として、厚さ2毫米の铜の溶接溶け込みを示しています。比较のために、2 kWのグrin天博体育ーザも同じ条件下でテsutoしました。 4 kWの赤外线fuァイバー天博体育ーザは2 kWのグrin出力しか生成しないため、より低いグrin出力を使用しました。この比较は、赤外线ARM天博体育ーザが広范囲の溶接速度で2倍の溶接溶け込みを実现することを示しています。
图2：sukiyaナーとシールドノズルを备えた高辉度ARMfuァイバー天博体育ザ溶接suteーshon。
图3：作业面の1.5 mm上に天博体育ーザの焦点を合わせた、作业面（センター1.5 kWおよびringu2.5 kW）でのARMのビームプロfuァイル。
图4：2 kWグuriーンfuァイバー天博体育ーザと比较した、4 kW高辉度ARMの溶接溶け込み。
溶接效率
ARM天博体育ーザの溶接效率测定し、2 kWグrin天博体育ーザについて以前に公开された溶接结果と比较しました。どちらの溶接にもshiールドガsuとして曼德素を使用しました。 グrin天博体育ーザの公开データは、0.5 mm²の（一定の）溶接断面と约1 mmの溶け込み深さを示しています。これらと同じ结果になるようにARM天博体育ーザを设定しました。具体的には、2 kWグrin天博体育ーザの溶接速度が200 mm/sであるのに対し、これには3.5 kWの出力と300 mm/sの溶接速度が必要でした。これらの结果を正规化すると、グrin天博体育ザの11.8 J/mmと比べてARM天博体育ーザの线形天博体育ーザ出力は10 J/mmになります。つまり、グrin天博体育ーザのほうがわずかに高い溶接效率になります。しかし、ARM天博体育ーザは得られる総出力が高いため、この效率のわずかな违いにもかかわらず、はるかに高い溶接速度で运用することができます。
表面品质
别の重要な要素は表面品质です。従来型fuァイバー天博体育ーザは铜を溶接することができますが、表面品质の変化に対して非常に敏感です。写真は、研磨し、滑らかになった铜に高辉度ARM天博体育ーザ溶接を行った际の溶接ビードを示しています。このプロセsuでは、溶接品质に変化がなく、両面で安定しています。
图5： 出力3.5kWの高辉度赤外线ARM天博体育ーザによって300mm/sの溶接速度で生成された铜溶接の断面。
图6：滑らかに研磨された铜に対して、さまざまな（上から下に300〜150 mm/s）で4 kW ARM天博体育ーザを使用した际の均一な溶接ビード
まとめ
これらのテsutoは、ユuniークな相干高辉度ARM天博体育ーザが、电子模型における要求の厳しい铜溶接用途の実用的なソryyushonであることを示しています。溶接溶け込みとプロセス速度は、现在の生产要件と一致するか、それを上回ります。また、ARM天博体育ーザはこれまで铜へのfuァイバー天博体育ーザの使用を限制していた表面品质に対する敏感な反応とプロセsuの不安定性の问题を回避します。したがって、この新しいARM天博体育ーザがついにコsuto、信頼性、実用性などあらゆる面でメrittooもたらし、要求の厳しい铜溶接のタsukuでfuァイバー天博体育ーザが他の多くの产业用途の选択肢になりました。
