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雷射焊接原理4
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圖1:貝塞爾透鏡產品概要 貝塞爾透鏡由軸錐透鏡和兩組聚焦鏡。准直光穿過軸錐透鏡形成貝塞爾光束,該光束是非衍射的並且具有同心環,每個同心環具有彼此相同的功率。 環直徑隨著焦深的變化而變化,但環厚度保持不變。 這種類型的環聚焦光束更適合具有直徑與長度深度比的材料加工應用。圖1顯示了貝塞爾透鏡的基本光學設計原理。 整個鏡頭由一組軸錐透鏡和兩組聚焦透鏡組成。 圖 2:貝塞爾透鏡光學設計 工作原理通過軸錐透鏡產生的貝塞爾光束產生沒有衍射特性的橫向光能量分佈。 在光束會聚的位置,會產生較長的無衍射區域(圖2),其中光束能量密度不隨傳播距離而變化。將軸錐透鏡與聚焦透鏡相結合(圖 3),可以獲得高能貝塞爾光束(圖 4)。貝塞爾光束光學系統的美妙之處在於,只需調整輸入光束直徑的大小即可調節輸出光束焦深(DOF)。 由於輸入光束直徑和輸出光束自由度之間存在近似線性關係(圖 5),我們的貝塞爾透鏡是滿足您需求的解決方案。 圖3:貝塞爾光束區域分佈 圖 4:貝塞爾光束光學系統佈局 圖 5:(a) 貝塞爾區能量密度分佈模擬圖 (b) 輸出光束的光束輪廓分析(FWHM) 圖 6:(a) 縱向剖面與自由度的關係圖,以及 (b) 輸出光束尺寸 (FWHM) 與輸入光束直徑的關係圖 應用領域貝塞爾透鏡適用於現代工業應用的雷射切割和深孔鑽孔,滿足多功能性、高效率和精密材料加工的要求。這些鏡頭是針對需要小聚焦光斑尺寸和長焦深的雷射加工技術專業領域的獨特解決方案。它與雷射切割系統集成,可對聚焦光束進行高度定位和嚴格的方向控制,為切割鋼材、玻璃和其他材料提供靈活性。內置補償機制允許客戶進行調整以滿足他們所需的光學性能。 https://www.steo.com.tw/hot_512523.html 用於雷射切割和深孔鑽孔的貝塞爾透鏡應用說明 2025-04-01 2026-04-01
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雷射焊接是一種無接觸材料加工方式,一般脈衝雷射用於薄材料的精密焊接,連續雷射用於厚材料的焊接。依熔池形態區分,如圖1所示,雷射焊接可分為熱傳導焊和深熔焊,前者的功率密度範圍為104~106 W/cm2,後者一般在107 W/cm2以上。

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圖1 熱導焊與深熔焊形成熔池形態差異

 

雷射焊接相對於傳統焊接技術而言,可以極大的提升焊接的效率和精度,能夠簡單的實現多種金屬或異種金屬焊接需求。雷射焊接可以採用振鏡掃描方式及固定焊接頭方式,奈秒脈衝焊接主要採用振鏡掃描方式,速度快、靈活性高。雷射焊接在消費性電子產品、半導體、電池、感測器和醫療等許多行業中,均已廣泛應用。

奈秒脈衝雷射焊接原理

焊接都要經過雷射吸收產熱、熔化融合和冷卻凝固三個過程,由於特定材料的比熱和相變潛熱是固定,雷射脈衝能量越大,能夠熔化的材料體積也越大。依照脈衝能量大小,脈衝雷射焊接目前也有兩種主要的光源選擇,一種是採用YAG雷射或QCW雷射作為焊接光源,另一種採用奈秒脈衝雷射。對YAG或QCW雷射器,其單脈衝寬度在微秒甚至毫秒量級,單脈衝能量在焦耳甚至數十焦耳量級,焊點直徑通常大於1mm,採用固定焊接鏡頭或振鏡雷射點焊的方式工作。而奈秒MOPA脈衝雷射器,單脈衝能量只有1mJ到2mJ,能夠熔化的材料體積有限,單一焊點只有數十微米,通常採用振鏡掃螺旋線的方式組合眾多焊點形成一個焊盤,焊盤直徑通常小於1mm,焊接螺旋線軌跡及剖面熔池形態如圖2所示。

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圖2

 

雷射焊接方式

依材料搭接方式劃分,常見雷射焊接方式有拼焊、疊焊、角焊、搭邊焊、樁節焊等,如圖2所示。奈秒雷射薄板焊接多採用疊焊方式,其他如拼焊方式也適用。對於疊焊,熔池必須穿透上層材料延深到下層材料中,上層材料越厚對應的熔池深度越大,所需的雷射功率也越高。常見的薄片材料厚度在0.1mm到0.5mm之間,對應的需要選擇60W到1000W的MOPA脈衝雷射。

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圖3 雷射焊接時不同的材料搭接方式

 

眾所周知,雷射焊接拉拔力是判斷焊接強度的重要指標,而雷射的光束品質M 2又是影響焊接拉拔力的一個很重要的技術參數,即光束品質越好,拉拔力越強。

雷射脈衝焊接典型應用

1. 銅片螺旋焊點

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圖4 雷射脈衝焊接紫銅片的(左)螺旋軌跡和(右)焊點分佈

2. 異種金屬焊接

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圖5 (左)鋁板(中)不鏽鋼板與(右)銅板與不同金屬焊接結果

3. 3C產品精密焊接

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圖6 不銹鋼片焊接鎳板

4. 電池極片雷射焊接

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圖7 銅材及鋁材電池頂蓋焊接

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