熱管理におけるレーザー溶接技術の応用

レーザー溶接は熱管理分野において重要な応用価値を持っています主に高精度で低熱入力特性を活用して効率的な散熱構造の設計と製造を可能にします以下では,その主な応用分野と技術的利点について説明します.

レーザー溶接は,高エネルギー密度のレーザービームを熱源として利用する効率的で正確な溶接方法である.主に薄壁材料の溶接と低速溶接に使用されたこのプロセスは通常熱伝導型で,レーザー放射線は工品の表面を熱し,表面熱は熱伝導を通じて内部に拡散する.レーザーパルス幅などのパラメータを制御することでエネルギー,ピークパワー,繰り返しの頻度,作業部品材料は特定の溶融プールを形成するために溶かされます. ユニークな利点のために,それは現在熱管理に広く適用されています.レーザー溶接の主要なパラメータは以下のとおりです:

(1) についてパワー密度: パワー密度はレーザー加工において最も重要なパラメータの1つです.より高いパワー密度により,表面層はマイクロ秒以内に沸点まで加熱できます.大量の蒸発を発生させるしたがって,高電力密度は,掘削,切削,彫刻などの材料除去プロセスに有利です.表面温度が沸点に達するのに数ミリ秒かかります表面の蒸発が起こる前に,底層は溶融点に達し,良い融合溶接が形成されるのを容易にする.したがって,導電モードレーザー溶接では,電力密度は通常104〜106W/cm2.

(2) についてレーザーパルス波形: レーザーパルス波形はレーザー溶接における重要な問題であり,薄薄板溶接では特に重要です.高強度のレーザービームが材料表面に衝突すると,レーザーエネルギーの60%から98%が金属表面からの反射によって失われます表面温度によって反射性が変化する.単一のレーザーパルスでは,金属の反射性が著しく変化する.

(3) についてレーザーパルス幅: パルスの幅はパルスレーザー溶接における重要なパラメータです.材料の除去と材料の溶融の重要な違いとして機能し,加工機器のコストと容量に影響を与える決定的な要因でもあります.

(4) について溶接質に対する焦点外量の影響: レーザー溶接は,通常,焦点点のレーザースポットの中心部にある電力の密度があまりにも高いため,一定の焦点失明量を必要とします.蒸発や鍵穴の形成を容易にするレーザーの焦点平面から離れた平面では,電力の密度分布は比較的均一である. ポジティブ・デフォーカスとネガティブ・デフォーカスという2種類のデフォーカスがある.ポジティブデフォクスは,焦点平面が作業部件の上にあるとき発生します負の焦点が落ちる

(5)溶接速度: 溶接速度が単位時間あたりの熱入力に影響を与える. 溶接速度が遅すぎると,熱入力が過剰になり,作業部件が燃え尽きる. 溶接速度が速い場合は,熱の供給が不十分である完全に浸透しない.

• マイクロチャネル式散熱器:レーザー溶接により,超薄壁 (0.1~0.5mm) のマイクロチャネルを精密に結合し,従来の溶接による詰まりや変形を回避し,冷却液流の効率を向上させることができます.
• 銅/アルミニウム 不同材料の溶接: レーザー振動溶接またはハイブリッド溶接技術により,銅-アルミニウムインターフェースの脆い金属間化合物に関連する問題が軽減され,熱伝導経路を最適化します.

• 液体冷却板の溶接: 電池パックの液体冷却プレート (しばしばアルミ合金製) のレーザー溶接は,冷却液の漏れをゼロにする高溶接密度を達成します.
• バスバー溶接: バッテリーモジュールの銅/アルミバスバーの溶接は,熱の影響を受けた小さなゾーンを有し,バッテリーセルに熱損傷を防止します.

• チップから熱を散布する装置: CPU/GPU熱シンクベースを溶接するために使用される (例えば,銅柱からアルミフィン). ローカライズされた熱入力量は低く,半導体デバイスの熱障害を防ぐ.
• 蒸気室密封: 蒸気室 (VC) の穴のレーザー密封は高真空レベルを維持し,相変化熱散の効率を向上させます.

• 衛星熱分散パネル: タイタン合金/アルミニウム合金熱管を宇宙における極端な温度変動に適応した散熱パネルに溶接する.溶接強度は基材の90%以上に達する.
• エンジン冷却チャネル修理: タービンブレード内の内部冷却チャネルのレーザーコーティング修理,熱散の機能回復.

低温入力と変形制御

• 熱の影響を受けたゾーンの幅は0.1~0.3mm以内に制御され,溶接変形を最小限に抑え,精密な熱散散構造 (例えば,マイクロチャネル).

高密封性要求

• 溶接深さは0.5~3mmに達し,従来の溶接方法よりも密封性が優れ,液体冷却システムの高圧 (≥1MPa) 漏れ防止要件を満たす.

不同 の 材料 と 互換性

• レーザー・アーチハイブリッド溶接または中間層の追加 (例えばニッケル,シルバーホイール)銅・アルミ・鋼・アルミなどの異なる材料の高強度結合が達成される熱伝導/分散設計を最適化する

自動化統合

• ロボットとビジョン位置位置システムと統合すると,複雑な3次元流通チャネル (例えば,蛇形冷却管) を溶接し,生産効率を30%~50%向上させることができます.

• 新エネルギー車両電池液体冷却プレート: 3 kW のファイバーレーザーで0.8 mm 厚のアルミ合金を8 m/min の溶接速度で溶接し,5×10−4 Pa·m3/s未満の漏れ率を達成しました.
• 5Gベースステーション AAU熱槽: ナノ秒パルスレーザー溶接を用いて,銅熱管とアルミニウムフィンを結合し,熱伝導性が15%増加し,重量は20%減少しました.

1. インテリジェントプロセスモニタリング: 熱画像装置とスペクトルモニタリングを統合し,溶接孔の深さや欠陥をリアルタイムでフィードバックする.
2. 超高速レーザー溶接: フェムト秒/ピコ秒レーザーの適用は,セラミック熱消耗基板 (例えばアルミナトリド) の溶接で,非金属材料の結合におけるボトルネックを克服する.
3. 多材料統合熱分散: 3Dプリンティングとレーザー溶接を組み合わせて,機能的にグレードされた材料で熱吸収器の統合製造を実現する.

熱管理の分野におけるレーザー溶接の核心価値は,熱伝導性があり軽量でコンパクトな熱分散構造の高度な信頼性の高い製造を可能にすることにある.新しいエネルギー車両の熱消耗効率の需要が増加し続けるためレーザー溶接技術は,高性能電子機器,航空宇宙分野において,多材料互換性,低ダメージ処理,インテリジェント化熱管理システムの進歩のための重要な技術として確立しています.