Как выбрать между одномодульными и многомодульными волоконными лазерами: руководство 

Как выбрать между одномодульными и многомодульными волоконными лазерами: руководство

В промышленном производстве сварка является важнейшим технологическим процессом соединения деталей, от которого зависят структурная целостность, герметичность изделий и производительность технологических линий. Традиционные методы — например, дуговая или контактная сварка — хорошо изучены, однако они зачастую не справляются с растущими требованиями таких отраслей, как производство аккумуляторов для новой энергетики, прецизионная электроника и автомобилестроение. К числу сложностей при их использовании относятся трудности с контролем подвода тепла, возникновение деформаций, разбрызгивание металла, а также проблемы с интеграцией в высокоскоростные автоматизированные производственные линии. Лазерная сварка, отличающаяся высокой плотностью энергии, минимальным тепловым воздействием и простотой автоматизации, стала ключевым решением для высокоточного соединения материалов. В данной статье рассматриваются непрерывные (CW) волоконные лазеры, применяемые в сварке; по своей архитектуре они делятся на два типа: одномодульные и многомодульные.

Что такое одномодульные и многомодульные лазеры?

В одномодульном лазере используется один оптический модуль, обеспечивающий прямое излучение. Такие лазеры характеризуются высоким качеством луча, распределением энергии, близким к гауссову профилю, малым размером фокусного пятна и высокой концентрацией мощности. При сварке это позволяет поддерживать высокую плотность энергии глубоко внутри канала проплавления («замочной скважины»), что обеспечивает формирование более узкого и глубокого канала при более стабильном внутреннем давлении. При одинаковой выходной мощности одномодульный лазер, как правило, позволяет достичь большей глубины проплавления и более высокого соотношения глубины к ширине шва, уменьшить зону термического влияния (ЗТВ) и обеспечить равномерную ширину сварного шва по всей его глубине (часто формируя прямоугольное сечение шва). Одномодульные волоконные лазеры непрерывного действия с жидкостным охлаждением от компании JPT (мощностью от 500 Вт до 6000 Вт) имеют показатель качества луча M² < 1,5, что гарантирует превосходные характеристики излучения и ставит их в число лидеров в своем классе. Кроме того, серия одномодульных лазеров с воздушным охлаждением (мощностью от 800 Вт до 2000 Вт) реализует концепцию «подключай и работай» (plug-and-play): такие устройства позволяют выполнять сварку на открытом воздухе или проводить мелкосерийные прецизионные сварочные работы без необходимости подключения к системе жидкостного охлаждения. В отличие от них, многомодульные лазеры позволяют достичь более высокой выходной мощности за счет объединения нескольких оптических модулей. Серия многомодульных волоконных лазеров непрерывного действия (CW) от компании JPT включает модели мощностью от 2000 до 6000 Вт, отличающиеся высокой пиковой мощностью и значительным энерговыделением. Их главное преимущество заключается не в минимизации размера пятна, а в использовании высокой мощности для глубокого проплавления, высокоскоростной обработки и сварки толстых листов. В то время как одномодульные лазеры лучше всего подходят для «точного контроля» при работе с тонкими листами и создании аккуратных сварных швов, многомодульные лазеры ориентированы на решение задач, требующих «полного проплавления за один проход» и высокой производительности.

Для каких сварочных задач лучше подходят одномодульные лазеры?

Сварка токовыводов (табов) и прецизионных соединительных элементов в сфере новой энергетики. Такие процессы, как сварка пакетов многослойных токовыводов, гибких соединителей и шин, крайне чувствительны к величине подвода тепла и образованию брызг. Благодаря высокой плотности энергии и малому размеру пятна, одномодульные лазеры обеспечивают стабильное проплавление тонких листов при минимальном тепловом воздействии, что снижает риск термического повреждения окружающего материала. Волоконные лазеры непрерывного действия (CW) от JPT уже применяются на промежуточных этапах сборки аккумуляторных ячеек — например, при сварке токовыводов силовых батарей и гибких соединителей — зачастую в сочетании с импульсными лазерами типа MOPA для оптимизации процесса сварки.

Прецизионная сварка тонких листов и материалов с высокой отражающей способностью. Сварка таких материалов, как медь и алюминий, традиционно сопряжена с трудностями, связанными с эффективностью поглощения лазерного излучения. Высокое качество луча одномодульных лазеров… за счет концентрации энергии в сфокусированном пятне позволяет легче преодолеть порог начала сварки для материалов с высокой отражательной способностью. Серия одномодульных лазеров JPT с жидкостным охлаждением (мощностью от 500 до 6000 Вт) обеспечивает стабильные параметры луча, необходимые для прецизионной сварки таких материалов, как нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы.

Кроме того, существует потребность в решениях по принципу «подключи и работай» (plug-and-play) для мобильных сварочных операций и небольших производственных площадок. Далеко не все сварочные работы выполняются в условиях крупных заводов с контролируемым микроклиматом. В ремонтных мастерских, на строительных площадках и в небольших цехах необходимо оборудование, готовое к работе сразу после включения и не требующее внешней системы водяного охлаждения. Одномодульные волоконные лазеры непрерывного действия (CW) с воздушным охлаждением от компании JPT разработаны специально для решения этой задачи. Благодаря качеству луча M² < 1,5, выходной мощности от 800 Вт до 2000 Вт, а также компактной и легкой конструкции, ставшей возможной благодаря воздушному охлаждению, эти лазеры позволяют выполнять высококачественную сварку не только в заводских условиях, но и непосредственно на объектах.

Для каких сварочных задач лучше подходят многомодульные системы?

Сварка корпусов силовых аккумуляторов и конструктивных элементов модулей. Такие процессы, как герметизация крышки аккумуляторной ячейки или сварка боковых швов корпуса модуля, требуют выполнения длинных сварных соединений, обеспечения стабильной глубины проплавления и соблюдения жестких временных рамок производственного цикла. Высокая выходная мощность многомодульных систем позволяет увеличить скорость сварки, гарантируя при этом достаточную глубину проплавления толстостенных алюминиевых или стальных корпусов. Волоконные лазеры JPT непрерывного действия уже успешно применяются при сборке аккумуляторных батарей: для сварки выводов (терминалов) цепей контроля напряжения, сварки шин (BSB) и боковых швов корпусов модулей, обеспечивая получение качественных, ровных швов при минимальном разбрызгивании металла.

Сварка толстолистового металла и крупногабаритных промышленных конструкций. Когда толщина материала достигает нескольких миллиметров и более, на смену «прецизионной» точности одномодульных систем приходит высокая «проникающая способность», характерная для многомодульных систем. Многомодульные волоконные лазеры JPT непрерывного действия, обладающие выходной мощностью до 20 000 Вт, специально созданы для задач, требующих подвода большого количества энергии — например, для сварки толстых листов или обработки крупногабаритных конструктивных элементов.

Ключ к выбору — конкретная производственная задача

В реальных промышленных условиях одномодульные лазеры являются оптимальным выбором для таких операций, как сварка токовыводов (tab welding), прецизионная обработка тонколистовых материалов, работа с высокоотражающими металлами или выполнение сварочных работ в мобильных (выездных) условиях. С другой стороны, многомодульные лазеры незаменимы там, где требуется глубокое проплавление толстых листов, высокоскоростная сварка протяженных швов или сборка корпусов силовых аккумуляторов и конструкционных модулей. По-настоящему зрелое технологическое решение в области сварки редко требует выбора в пользу чего-то одного; напротив, оно объединяет оба типа лазеров, позволяя каждому из них выполнять свою специфическую задачу на разных этапах одной производственной линии. В ассортименте непрерывных (CW) волоконных лазеров компании JPT представлены оба типа устройств: одномодульные лазеры (модели с водяным охлаждением мощностью от 500 Вт до 6000 Вт и модели с воздушным охлаждением мощностью от 800 Вт до 2000 Вт) обеспечивают высокую точность и гибкость, а многомодульные лазеры (мощностью от 6000 Вт до 20 000 Вт) обладают мощностью, необходимой для глубокого проплавления и высокопроизводительного производства. В будущем JPT продолжит углублять свою экспертизу в области лазерных технологий и процессов лазерной обработки. Сосредоточившись на таких ключевых отраслях, как производство аккумуляторов для новой энергетики, прецизионная электроника и автомобилестроение, компания продолжает совершенствовать линейку своих непрерывных волоконных лазеров и технологические решения. Благодаря стабильным рабочим характеристикам оборудования, гибким вариантам настройки мощности и сервисной поддержке, ориентированной на нужды производства, JPT помогает предприятиям повышать качество сварки и эффективность операций, способствуя постепенному переходу производственной отрасли к более интеллектуальным и устойчивым методам работы.