白皮书
“供电电子动力：可调节的环模式纤维激光器天博综合体育中国官方网站铜
概述
while光纤天博综合体育中国官方网站器是天博综合体育中国官方网站的主要激光源，它们的红外输出由某些金属（尤其是铜）高度反映，尤其是铜，这限制了它们使用这些材料的有效性。结果，高功率，固态绿色激光已成为铜天博综合体育中国官方网站的可能替代方法，因为这些波长被该金属更强烈地吸收。但是，这些绿色激光器具有几个实际的限制，最终导致拥有成本更高。本文档介绍了最近使用新型的铜天博综合体育中国官方网站测试的结果可调环模式（ARM）光纤天博综合体育中国官方网站器具有高亮度中心梁。在这里，高亮度臂激光器可提供出色的天博综合体育中国官方网站质量，并以各种天博综合体育中国官方网站速度渗透，而不是市售的KW类绿色激光器。这些结果表明，该技术可以将光纤激光器的所有成本，可靠性和实际优势带入铜焊缝的苛刻任务。
E-Mobility Manufacturing
boom inE-Mobility Manufacturing是推动铜天博综合体育中国官方网站溶液需求的显着增加的主要因素。与其他金属相比，铜具有许多所需的电气，热，机械和成本特性，这就是为什么在电动机本身，电动机分配系统（Busbars等）和电池内使用的整个电动汽车的原因。而且，制造许多此类组件和系统涉及天博综合体育中国官方网站铜。
但是，具有相同的高电导率和热导率特性，使铜适合这些应用，这也使使用传统的纤维激光器天博综合体育中国官方网站变得具有挑战性。具体而言，其电子特性使其在纤维激光器的近红外波长处高度反射。而且，极好的热导率需要输入大量激光能量才能融化材料并启动天博综合体育中国官方网站过程。
因此，当使用传统的纤维激光器时，通常需要非常高的功率来实现最初融化材料所需的功率密度。但是，这种“蛮力”方法使天博综合体育中国官方网站过程不稳定，并且对工作表面的微小变化极为敏感。特别是，存在局部表面氧化或小规模的表面结构不均匀性可能导致过程不稳定性。最终结果可能是焊缝不一致，表面质量差和孔隙率。
固态绿色天博综合体育中国官方网站
铜几乎是绿色吸收性的数量级，而不是近红外。因此，绿色激光器的能量可以更有效地耦合到工件中，从而使传统天博综合体育中国官方网站激光器的敏感过程更稳定，更敏感。结果，一些制造商正在使用高功率，固态，绿色激光器，并由更多制造商进行评估。
但是，在E-Obility制造中部署高功率绿色天博综合体育中国官方网站器存在一些重要的实际问题。其中一些来自这些绿色天博综合体育中国官方网站器本身的固有特性和构建。
用于固态绿色纤维或磁盘激光器的激光材料在红外光附近产生；频率加倍用于将红外线转换为绿色输出。尽管此过程在较低的功率（SUB-KW）中取得了巨大成功，但它开始在大多数工业铜天博综合体育中国官方网站任务所需的MULIT-KW功率水平上遇到一些困难。具体而言，频率转换过程本身的效率仅约50％。因此，需要一个4 kW的单模式，IR激光器以产生2 kW的绿色输出功率。未转化的能量变成热量，必须通过水冷散热器去除。这使这些激光器的能源效率低下（由于电力消耗较高而导致运行成本更高），并且需要大量的冷却水。此外，由于所涉及的高功率，晶体会随着时间的推移而降级，如果不仔细管理，可能会产生可靠性和停机问题。一些设计利用复杂的光束变速杆和晶体温度稳定器来补偿这一点。
“…4 kW，单个模式，IR天博综合体育中国官方网站需要产生2 kW的绿色输出功率。”
绿色激光器的另一个实际问题是，用于光束传递的标准光纤更容易被绿光变暗，从而降低了它们的使用寿命。用于绿灯的专门天博综合体育中国官方网站可以克服这个问题，但更昂贵，更容易获得。黑暗效果也随着天博综合体育中国官方网站的长度而增加。目前，这将天博综合体育中国官方网站长度限制为10 m，从而降低了生产环境中激光放置的灵活性。另外，市售的绿色，高功率，CW激光器目前仅限于2 kW的最大输出。
大多数工业天博综合体育中国官方网站器在近红外输出，因此支持它们的整个基础架构都是基于此波长的。同样，辅助镜头，保护盖眼镜和其他光学组件主要用于红外天博综合体育中国官方网站器。因此，已经使用红外天博综合体育中国官方网站器的制造商可能需要维持更多的备件和消耗品，以便在其操作中使用绿色天博综合体育中国官方网站器，而无需遇到服务延迟和停机时间。
高光手臂光纤天博综合体育中国官方网站器
纤维激光器比固态绿色激光器更高效。也就是说，要提供给定的输出功率，它们需要更少的电力并产生更少的废热。这降低了所有权成本并简化冷却。另外，纤维激光器非常可靠。而且，它们的红外输出很容易传递。但是，尽管有这些理想的功能，但由于先前发现的问题，它们尤其没有被广泛用于天博综合体育中国官方网站铜。
coherent引入突出显示系列可调环模式（ARM）光纤天博综合体育中国官方网站器几年前，将这些来源的成本和实际收益带入传统技术未充分解决的应用程序。通常，这些任务是必须仔细控制功率和功率密度的空间分布，以产生良好的天博综合体育中国官方网站质量（低溅射，最小的裂纹和孔隙率降低）。典型的例子是镀锌钢的零间隙天博综合体育中国官方网站，动力总成部件的飞溅天博综合体育中国官方网站以及无裂纹的铝制悬挂零件的天博综合体育中国官方网站，不使用填充线。
通过手臂天博综合体育中国官方网站器的唯一输出束实现了对空间功率分布的精确控制，该臂天博综合体育中国官方网站器由中央斑点组成，周围是另一个天博综合体育中国官方网站光的同心环。可以根据需要独立调整和调节环中的功率，这可以非常仔细地控制熔体池动态。
具有各种中心与环比和功率水平的连贯的高光臂天博综合体育中国官方网站器可用于特定应用程序。中心的直径可以配置为22 µm至100 µm，并且环外径的直径从140 µm到200 µm。
用于铜天博综合体育中国官方网站，需要高强度，高功率中心梁。尽管具有相对较低的吸收系数，但它提供了轻松融化材料所需的能量，而环梁有助于稳定钥匙孔。结果是，无论工件中的表面变化如何，天博综合体育中国官方网站过程都是始终启动和维护的，从而克服了传统的纤维激光器所经历的局限性。
图1：突出显示FL4000CSM-ARM天博综合体育中国官方网站激光器。
“对于铜天博综合体育中国官方网站，需要高强度，高功率中心梁。”
铜天博综合体育中国官方网站结果
使用具有高光直径高的高亮度中心束的臂激光器进行了一系列铜天博综合体育中国官方网站测试，并且具有100 µm/170 µm的内/外直径。使用远程处理头1.4，将激光聚焦为1.4，氮作为屏蔽气和跨射流。天博综合体育中国官方网站的材料是纯铜。激光功率为4 kW，中心为1.5 kW，在环中为2.5 kW，用于所有测试。照片（图2）显示了实验设置。
焦点位置变化，并确定最佳的天博综合体育中国官方网站质量是在材料表面上方1.5 mm的焦点设置时发生的。具体而言，该位置是焊缝德和天博综合体育中国官方网站质量之间的最佳折衷。如果直接聚焦在材料表面上，则手臂激光器会产生更深的天博综合体育中国官方网站渗透，但是所得的天博综合体育中国官方网站表面质量和溅射不足以用于典型的E迁移率应用。图形显示了使用最佳梁焦点位置（表面以上1.5 mm）在工作表面处的梁曲线。
“红外臂激光器可提供2x天博综合体育中国官方网站穿透”
图形图在刚刚描述的条件下，在2毫米厚的铜上天博综合体育中国官方网站在2 mm厚的铜上。在相同条件下还测试了2 kW绿色激光器以进行比较。之所以使用较低的绿色功率，是因为4 kW红外纤维激光器仅产生2 kW的绿色输出。比较儿子表明，红外臂激光器在各种天博综合体育中国官方网站速度上提供了两倍的天博综合体育中国官方网站渗透。
图2：带有扫描仪和屏蔽喷嘴的高亮度臂纤维激光器天博综合体育中国官方网站站。
图3：手臂在工作表面（1.5 kW中心和2.5 kW戒指）的臂梁轮廓，天博综合体育中国官方网站集中在工作表面上方1.5毫米处。
图4：与2 kW绿色天博综合体育中国官方网站激光器相比，4 kW的焊缝穿透高亮度臂。
天博综合体育中国官方网站效率
还测量了ARM激光器的天博综合体育天博综合体育天博综合体育天博综合体育中国官方网站官方网站官方网站官方网站效率，并将其与2 kW绿色激光器的先前发表的天博综合体育天博综合体育天博综合体育天博综合体育中国官方网站官方网站官方网站官方网站结果进行了比较。氮都用作两个焊缝的屏蔽气体。绿色激光的已发布数据显示（恒定）焊缝横截面为0.5mm²，穿透深度约为1 mm。手臂激光器配置为提供相同的结果。具体而言，这需要300 kW的输出功率和300 mm/s的天博综合体育天博综合体育天博综合体育天博综合体育中国官方网站官方网站官方网站官方网站速度，因为2 kW绿色激光器的焊缝速度为200 mm/s。将这些结果归一化的臂激光器激光的线性激光功率为10 j/mm，而绿色激光器的线性激光功率为11.8 j/mm。因此，绿色激光器的天博综合体育天博综合体育天博综合体育天博综合体育中国官方网站官方网站官方网站官方网站效率略高。但是，尽管效率差异很小，但手臂激光器可提供的较高的总功率使其能够以更高的天博综合体育天博综合体育天博综合体育天博综合体育中国官方网站官方网站官方网站官方网站速度运行。
天博综合体育中国官方网站质量
另一个重要考虑因素是表面质量。传统的纤维激光器能够天博综合体育中国官方网站铜，但对表面质量的变化非常敏感。该照片显示了在砂铜和抛光的铜上进行高亮度臂激光天博综合体育中国官方网站的焊珠。该过程在两个表面上保持稳定，天博综合体育中国官方网站质量没有变化。
图5： 由高亮度，红外臂激光器产生的铜焊缝的横截面，输出功率为3.5 kW，天博综合体育中国官方网站速度为300 mm/s。
图6： 图6：使用4 kW臂天博综合体育中国官方网站器以各种速度（300-150 mm/s上到底部）在光滑和砂铜上保持一致的焊珠
结论
这些测试表明，独特的，连贯的高亮度臂激光器是要求在要求铜天博综合体育中国官方网站应用的实用解决方案e-Mobility。天博综合体育中国官方网站渗透和过程速度匹配或超过当前的生产要求。而且，臂天博综合体育中国官方网站避免了对表面质量和过程不稳定性问题的敏感性，这些问题限制了过去铜的使用天博综合体育中国官方网站激光器。因此，这种新的ARM激光最终带来了使天博综合体育中国官方网站激光器为许多其他工业应用的选择的所有成本，可靠性和实际优势，以完成铜焊的艰巨任务
