Anwendung der Laserschweißtechnologie im thermischen Management

Das Laserschweißen hat einen bedeutenden Anwendungswert im Bereich der thermischen Bewirtschaftung.vorwiegend durch die hochtechnischen und niedrigen Wärmezufuhr-Eigenschaften zur Konstruktion und Herstellung von effizienten Wärmeabbau-StrukturenIm Folgenden werden die wichtigsten Anwendungsbereiche und technischen Vorteile dargestellt.

Das Laserschweißen ist eine effiziente und präzise Schweißmethode, die einen hochenergetischen Laserstrahl als Wärmequelle verwendet.Es wurde hauptsächlich zum Schweißen von dünnwandigen Materialien und zum Schweißen mit geringer Geschwindigkeit verwendetDas Verfahren ist typischerweise der Wärmeleitungstyp, bei dem die Laserstrahlung die Oberfläche des Werkstücks erwärmt und die Oberflächenwärme durch Wärmeleitung nach innen diffundiert.Durch die Steuerung von Parametern wie der LaserimpulsbreiteDurch die Erhöhung der Energieeffizienz, der Spitzenleistung und der Wiederholungsfrequenz wird das Werkstückmaterial zu einem spezifischen Schmelzbecken geschmolzen.Die wichtigsten Parameter des Laserschweißens sind wie folgt::

(1)Leistungsdichte: Die Leistungsdichte ist einer der wichtigsten Parameter in der Laserverarbeitung. Mit einer höheren Leistungsdichte kann die Oberflächenschicht innerhalb von Mikrosekunden bis zum Siedepunkt erhitzt werden,die eine signifikante Verdampfung erzeugen. Daher ist eine hohe Leistungsdichte für Materialentfernungsprozesse wie Bohren, Schneiden und Gravieren vorteilhaft.Es dauert mehrere Millisekunden, bis die Oberflächentemperatur den Siedepunkt erreicht.Vor der Oberflächenverdampfung erreicht die darunter liegende Schicht den Schmelzpunkt, was die Bildung eines guten Fusionsschweißes erleichtert.die Leistungsdichte liegt typischerweise zwischen 104 und 106 W/cm2.

(2)Wellenform des Laserimpulses: Die Wellenform des Laserimpulses ist ein kritisches Problem beim Laserschweißen, besonders wichtig für das Schweißen von dünnen Blechen.60% bis 98% der Laserenergie gehen durch Reflexion von der Metalloberfläche verlorenBei einem einzigen Laserimpuls ändert sich die Reflexionsfähigkeit des Metalls erheblich.

(3)Breite des Laserimpulses: Die Pulsbreite ist ein entscheidender Parameter beim Pulslaserschweißen.Es dient als entscheidender Unterscheidungsfaktor zwischen Materialentfernung und Materialschmelze und ist auch ein entscheidender Faktor für die Kosten und das Volumen der Verarbeitungsgeräte.

(4)Wirkung der Abfokussierung auf die Schweißqualität: Das Laserschweißen erfordert in der Regel eine gewisse Defocus-Menge, da die Leistungsdichte im Zentrum des Laserpunktes am Brennpunkt zu hoch ist,die leicht Verdunstung und Schlüssellochbildung verursachen könnenAuf Ebenen, die von der Laserbrennfläche entfernt sind, ist die Verteilung der Leistungsdichte relativ gleichmäßig.Positiver Fokusverlust tritt auf, wenn die Brennfläche über dem Werkstück liegt, und negative Defocus tritt auf, wenn es unterhalb ist.

(5)Schweißgeschwindigkeit: Die Schweißgeschwindigkeit beeinflusst die Wärmezufuhr pro Zeiteinheit. Ist die Schweißgeschwindigkeit zu langsam, ist die Wärmezufuhr übertrieben, was zu einem Durchbrennen des Werkstücks führt. Ist die Schweißgeschwindigkeit zu schnell, ist die Wärmezufuhr zu hoch.die Wärmezufuhr ist unzureichend, was zu einer unvollständigen Penetration führt.

• Mikro-Kanal-Wärmeabnehmer: Das Laserschweißen ermöglicht die präzise Verbindung von Mikrokanälen mit ultradünnen Wänden (0,1 mm bis 0,5 mm), wodurch Verstopfungen oder Verformungen durch herkömmliches Löten vermieden werden und so die Effizienz des Kühlflusses verbessert wird.
• Schweißen von Kupfer/Aluminium aus unterschiedlichen Materialien: Durch das Laserschwingschweißen oder Hybridschweißverfahren werden Probleme mit spröden intermetallischen Verbindungen an der Kupfer-Aluminium-Schnittstelle gemildert und der Wärmeleitungspfad optimiert.

• Schweißen von Flüssigkühlplatten: Das Laserschweißen von Batteriepackflüssigkeitskühlplatten (oft aus Aluminiumlegierung) ermöglicht eine hohe Schweißhermetizität, wodurch ein Null-Kühlmittelleckage gewährleistet wird.
• Schweißen mit Busbar: Bei der Schweißung von Kupfer-/Aluminium-Busterstäben in Batteriemodule gibt es eine kleine Wärmezone, wodurch thermische Schäden an den Batteriezellen verhindert werden.

• Anschluss für einen Chip-to-Heat-Spreader: Wird für das Schweißen von CPU/GPU-Wärmeabwassern verwendet (z. B. Kupferpfosten an Aluminiumflossen).
• Versiegelung der Dampfkammer: Die laserhermetische Dichtung von Dampfkammerhöhlen (VC) sorgt für hohe Vakuumwerte und erhöht die Wirksamkeit der Wärmeablösung bei Phasenwechseln.

• Satelliten-Wärmeverteilungsanlagen: Schweißen von Titan-/Aluminium-Legierungs-Wärmeleitungen an Kühlerplatten, angepasst an extreme Temperaturschwankungen im Raum.
• Reparatur des Kühlkanals des Motors: Reparatur der internen Kühlkanäle in Turbinenblättern mit Laserkleidung zur Wiederherstellung der Wärmeabflussfunktion.

Niedrige Wärmezufuhr und Deformationskontrolle

• Die Breite der hitzebelasteten Zone kann innerhalb von 0,1 mm ± 0,3 mm gesteuert werden, wodurch die Schweißdeformation minimiert und sie für die Montage präziser Wärmeabbau-Strukturen (z. B.Mikrokanale).

Hohe Anforderungen an die Hermetisierung

• Schweißtiefen können 0,5 mm bis 3 mm erreichen, wobei die Hermetizität über dem herkömmlichen Schweißverfahren liegt und die Lecksicherheitsanforderungen von Flüssigkeitskühlsystemen unter hohem Druck (≥ 1 MPa) erfüllt werden.

Kompatibilität mit unterschiedlichen Materialien

• Durch Laserbogenhybridschweißen oder durch Zugabe von Zwischenschichten (z. B. Nickel, Silberfolie)die Verbindung unterschiedlicher Materialien wie Kupfer-Aluminium und Stahl-Aluminium mit hoher Festigkeit erreicht wird, wodurch die Wärmeleitung und -diszipierung optimiert werden.

Integration der Automatisierung

• Bei Integration mit Robotern und Vision-Positionierungssystemen können komplexe dreidimensionale Durchflusskanäle (z. B. serpentine Kühlrohre) geschweißt werden, wodurch die Produktionseffizienz um 30% bis 50% erhöht wird.

• Neue Energiefahrzeugbatterie Flüssigkeitskühlplatte: Ein 3 kW-Faser wurde verwendet, um eine 0,8 mm dicke Aluminiumlegierung mit einer Schweißgeschwindigkeit von 8 m/min zu schweißen, wodurch eine Leckage unter 5×10−4 Pa·m3/s erreicht wurde.
• 5G-Basisstation AAU-Wärmeabwasser: Bei der Verbindung von Kupfer-Wärmeleitungen und Aluminiumflossen wurde mit einem Nanosekunden-Laser-Puls geschweißt, wodurch die Wärmeleitfähigkeit um 15% und das Gewicht um 20% erhöht wurden.

1. Intelligente Prozessüberwachung: Integration von Infrarot-Wärmebildgeräten und Spektralüberwachung für Echtzeit-Feedback über Schweißdurchdringung und Defekte.
2. Ultraschnelle Laserschweißung: Anwendung von Femtosekunden/Picosekundenlasern beim Schweißen keramischer Wärmeabbau-Substrate (z. B. Aluminiumnitrid) zur Überwindung von Engpässen bei der Verbindung von nichtmetallischen Materialien.
3. Multi-Material-Integrierte Wärmeverteilung: Kombination des 3D-Drucks mit Laserschweißen zur integrierten Herstellung von Wärmesenkern mit funktionell sortierten Materialien.

Der Kernwert des Laserschweißens im Bereich des thermischen Managements liegt darin, die hochzuverlässige Herstellung von thermisch leitfähigen, leichten und kompakten Wärmeabbau-Strukturen zu ermöglichen.Da die Nachfrage nach Wärmeabbaueffizienz in neuen Energiefahrzeugen weiter steigt,In den Sektoren Hochleistungselektronik und Luftfahrt wird sich die Laserschweißtechnologie stetig weiterentwickeln.Multimaterialkompatibilität, schadensarme Verarbeitung und Intelligenzierung, die sich als Schlüsseltechnologie für die Weiterentwicklung von Wärmemanagementsystemen etabliert hat.