레이저 용접기, 용접 얇은 금속 재료

현대 산업에서는 얇은 금속 재료의 효율적인 가공 및 전기적 마이크로 연결에 대한 수요가 증가합니다. 많은 분야에서 재료 또는 공정의 호환성은 용접, 납땜 및 납땜과 같은 종래의 열처리가 있거나 접착제 및 기계식 패스너의 사용이 바람직하지 않습니다. 이 상황은 신흥 전원 배터리 산업의 핵심 구성 요소 인 차세대 배터리가 얇은 포일을 사용하여 음극 및 양극을 만들기 위해서는 에너지 저장 산업에서 매우 흔합니다. 소비자 전자 산업에서 고밀도 포장 및 소형화는 혁신을 계속 촉진하고 전통적인 연결 기술에 대한 도전 과제를 포즈합니다.

레이저의 관점에서 얇은 금속 재료의 마이크로 용접을 극도로 어렵게 만드는 많은 도전이 있습니다. 성공적으로 용접하려면 용접 침투, 변형 및 굽힘을 피하기 위해서는 모두 프로세스의 열 입력을주의 깊게 제어해야합니다. 전통적인 레이저 깊은 침투 용접 공정에서 재료 임계 값을 극복하는 것은 일반적으로 더 높은 평균 전력이 필요합니다. 고 반사 물질 및 이종 금속의 용접에 필요한 평균 전력은 더 높을 수 있습니다. 기본 문제 중 하나는 열 전도 용접 공정 또는 깊은 침투 용접 공정을 사용할 것인지 여부입니다. 열전도 용접에서 폭이 크고 강도가 약한 열원은 더 높은 열 입력 및 열 영향 영역을 생성하는 경향이 있습니다. 따라서 시트 금속 용접의 문제에 대한 해결책으로는 일반적으로 권장되지 않습니다. 깊은 침투 용접에서 고농축 및 고강도 열원은 용융 풀을 최소화하여 열 입력을 제어하는 ​​것을 돕습니다. 그러므로 조정깊은 침투 용접매개 변수는 고품질의 결과를 얻는 데 필수적입니다.

용접에 널리 사용되는 한 가지 방법은 나노초 (NS) 펄스 섬유 레이저를 사용하는 것입니다. 이러한 짧은 펄스, 높은 피크 강도 레이저는 마킹, 조각 및 기타 재료 제거 공정에 더 적합 할 수 있으므로 직관적으로 재료 용접 공정에서 사용될 때 반대 효과가있을 수 있습니다. 그러나, 주 발진기 전력 증폭기 (MOPA)가 제공하는 펄스 제어는 우수한 파라미터 유연성을 가지므로 가능한 금속 결합 처리 방법을 실현할 수 있습니다. 나노초 펄스 섬유 레이저는 소수의 마이크로 joules에서> 1MJ, 펄스 지속 시간 범위 10-1000ns에서 펄스 에너지로 작동하며 최대 4MHz의 빈도로 작동하는 피크 전력> 10 킬로와트에 도달 할 수 있으며, 이는 연속파와 명확하게 4MHz의 빈도로 작동합니다. )와 다른 전통적인 레이저와 심지어 준 - CW (QCW) 긴 펄스 레이저 도이 범위 내에서 여전히 작동합니다.

나노초 마이크로 용접을 용접 공구로 사용하는 것은 다양한 용도에 적합하며 호일에서 이종 금속으로의 용접 문제를 극복하기에 적합합니다. 얇은 금속 포일 (<50μm)의 결합은 금속을 녹이기에 충분한 매우 섬세한 에너지 균형이 필요하기 때문에 특히 도전적이지만 상당한 증발 및 플라즈마를 생성 할 수는 없습니다. 호일 재료는 용접을 위해 무릎 관절을 사용하기 쉽습니다. 이 과정에서 호일 재료 사이의 밀접한 접촉은 좋은 결과를 얻기 위해 필요한 조건이지만, 이것은 고정물에 주요한 과제를 제기합니다. 오늘날의 배터리 생산 공정에는 다층 포일의 용접에 대한 많은 엄격한 요구 사항이 있습니다. 기존 기술은 초음파 용접이지만 제조업체는 생산 효율성, 품질 및 호일 스태킹 제한을 개선하기 위해 레이저 용접을 사용하기를 희망합니다. 레이저는 많은 잠재적 인 솔루션을 제공하지만 적외선 (IR) 나노초 레이저는 200W EP-Z 레이저를 사용하여 구리 또는 알루미늄 호일을 20 층까지 용접 할 수 있지만이 응용 프로그램에서 다공성을 제거하는 것은 매우 어려움을 겪습니다.

나노초 펄스 섬유 레이저의 높은 피크 전력은 평균적인 전력을 가진 구리와 같은 높은 항 금속을 쉽게 입력 할 수 있음을 의미합니다. 나노 세컨드 마이크로 솔더링 프로세스를 사용하여 납땜의 대안으로, 구리 인쇄 회로 기판 (PCB) 트랙에 성분을 직접 부착하는 연구에 대한 연구가 훌륭한 전망을 보여주었습니다. 현재 150μm 두께의 구리 와이어가 FR4 기질이있는 명백한 박리없이 60μm의 증착 트랙에 성공적으로 부착되었습니다. 이것은 작동 온도가 전통적인 용접 한계를 초과 할 수있는 열에 민감한 성분 또는 구성 요소의 결합에 대한 대안을 제공합니다.