在与通快集团（TRUMPF）的合作中，弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）与德国国家研究院（DESY）介绍了迄今为止更多关于激光焊接工艺的深入见解。粒子加速器以及Fraunhofer ILT专家Marc Hummel说道： "我们现在已经能够首次清楚地证明，通过使用绿色波长的激光器，在焊接高性能电子产品时可以节省原材料。"

2023年4月20日，位于德国汉堡的亥姆霍兹协会（Helmholtz Association）下的DESY，根据其一项调查结果显示，在高性能电子产品的焊接过程中，使用绿色波长的激光器可以节省大量的原材料。每辆电动汽车都有高性能电子器件，作为一项关键技术，它确保了电池和电机的最佳性能。德国汉堡的研究人员与高科技公司TRUMPF和Fraunhofer ILT一起，已经在研究用于制造电动汽车的激光焊接工艺。TRUMPF、Fraunhofer ILT、DESY和亥姆霍兹中心（Helmholtz Center Hereon）各自贡献了他们在X射线、激光源和焊接过程方面的高度专业化知识，一同首次证实了当使用肉眼甚至是显微镜都看不到的绿色波长的激光时，加工过程中产生的废品比其他激光焊接工艺少得多，能使汽车制造商节省了原材料，进一步推动了制造过程中的可持续性。

图一：激光焊接工艺的研究

粒子加速器提供了更多的技术解读

项目合作伙伴使用Helmholtz Center Hereon装配的粒子加速器中明亮的X射线进行研究，以每秒几千到一万帧的速度拍摄高速图像。 “我们想借助粒子加速器的研究结果来找出到底是什么原因导致了铜焊接的不同。一个稳定的焊接过程是非常重要的，因为电动汽车制造商必须焊接几十亿个最高质量的连接件。” Fraunhofer ILT的科学家Marc Hummel说。未来， TRUMPF和Fraunhofer ILT计划将研究扩展到其他领域，如3D打印、激光切割和使用超短脉冲激光器的激光钻孔，并将其他行业合作伙伴纳入其中。

图二：粒子加速器的研究

电动汽车：更少的废品率得益于使用绿色波长的激光器

电动汽车对激光技术提出了重大挑战。铜是制造电动车核心部件的最重要材料。这种有色金属在近红外范围内只吸收约5%的激光辐射，而且导热性非常好。这两种特性在焊接时都会导致相当大的问题。因此，相关的加工工艺正在仔细检查中。除了近红外激光器外， TRUMPF的产品系列中还有绿色波长的激光器。“ 绿色波长的激光器是这个问题的解决方案。事实上，使用这些激光器可以更好地焊接铜。” TRUMPF的汽车行业经理Mauritz Möller说到。铜对绿色波长的吸收比对红外线的吸收好得多。由于材料更快达到熔化温度，焊接过程也更快开始，所需的激光功率也更少。同时Mauritz Möller也提到：“ 焊接时更稳定的过程意味着更少的废品，从而有更好的可持续性，这是电动汽车制造的一个关键因素。”

图三：使用通快绿光激光器是焊接铜材的优质解决方案

粒子加速器的实验

为了详细地研究焊接过程，来自Fraunhofer ILT的专家与亚琛工业大学（RWTH Aachen University）激光技术研究所合作，在Helmholtz Center Hereon实验装置上使用DESY的X射线光源- PETRA III。“ 传统的方法实际上只能看到等离子体的电磁辐射。利用DESY的辐射，我们不仅可以看到熔池内部，而且甚至可以使熔池的动态可见。“ Marc Hummel解释说。

图四：DESY的X射线光源PETRA III

为此，来自Fraunhofer ILT和TRUMPF的团队在DESY使用两种不同的激光系统研究了激光焊接过程：一种近红外激光和一种绿色波长的激光。“对我们来说，这是一个研究工业零件焊接过程的好机会。例如，飞溅物和孔隙是如何形成的，以及焊接过程中的热量如何影响电子部件等其他敏感部件的。” Mauritz Möller说。