Aplicação da tecnologia de solda a laser na gestão térmica

A soldagem a laser tem um valor de aplicação significativo no domínio da gestão térmica,Aproveitando principalmente as suas características de alta precisão e baixo consumo de calor para permitir a concepção e fabrico de estruturas eficientes de dissipação de calorA seguir são descritas as suas principais áreas de aplicação e vantagens técnicas.

A soldagem a laser é um método de soldagem eficiente e preciso que utiliza um feixe de laser de alta densidade de energia como fonte de calor.Foi utilizado principalmente para solda de materiais de parede fina e solda de baixa velocidadeO processo é tipicamente do tipo de condução térmica, onde a radiação laser aquece a superfície da peça de trabalho e o calor da superfície difue para dentro através da condução térmica.Ao controlar parâmetros como largura do pulso do laserO material da peça é fundido para formar uma piscina de fundição específica. Devido às suas vantagens únicas, é agora amplamente aplicado na gestão térmica.Os principais parâmetros da solda a laser são os seguintes::

(a)Densidade de potência: A densidade de potência é um dos parâmetros mais críticos no processamento a laser.gerando uma vaporização significativaPor conseguinte, a alta densidade de potência é vantajosa para processos de remoção de materiais, como perfuração, corte e gravura.Demora vários milissegundos para que a temperatura da superfície atinja o ponto de ebuliçãoAntes de ocorrer a vaporização superficial, a camada subjacente atinge o ponto de fusão, o que facilita a formação de uma boa soldagem por fusão.a densidade de potência varia tipicamente de 104 a 106 W/cm2.

(2)Forma de onda do pulso laser: A forma de onda do pulso laser é uma questão crítica na solda a laser, particularmente importante para a solda de chapas finas.60% a 98% da energia do laser é perdida devido à reflexão da superfície do metalDurante um único pulso de laser, a refletividade do metal muda significativamente.

(3)Largura do pulso do laser: A largura do pulso é um parâmetro crucial na soldadura a laser pulsada.É o principal diferencial entre a remoção de materiais e a fusão de materiais e é também um fator decisivo no custo e no volume dos equipamentos de processamento.

(4)Efeito da quantidade de desfoque na qualidade da solda: A soldagem a laser normalmente requer uma certa quantidade de desfoque porque a densidade de potência no centro do ponto laser no ponto focal é muito alta,que podem facilmente causar evaporação e formação de buracos na fechaduraEm planos distantes do plano focal do laser, a distribuição da densidade de potência é relativamente uniforme.Desfoque positivo ocorre quando o plano focal está acima da peça de trabalho, e desfoque negativo ocorre quando está abaixo.

(5)Velocidade de soldaSe a velocidade de soldagem for muito lenta, a entrada de calor é excessiva, levando à queima da peça.A entrada de calor é insuficiente, resultando em penetração incompleta.

• Dispensadores de calor de micro-canal: A soldadura a laser permite a junção precisa de micro-canais de parede ultrafinha (0,1 ∼0,5 mm), evitando bloqueios ou deformações causados pela soldadura tradicional, melhorando assim a eficiência do fluxo do líquido de arrefecimento.
• Soldar materiais diferentes de cobre/alumínio: Através da soldagem por oscilação a laser ou das técnicas de soldagem híbrida, são mitigados os problemas relacionados com os compostos intermetálicos frágeis na interface cobre-alumínio, otimizando o caminho de condução do calor.

• Soldadura de placas de arrefecimento por líquido: A soldagem a laser de placas de arrefecimento líquido de baterias (muitas vezes feitas de liga de alumínio) obtém uma elevada hermeticidade da soldagem, garantindo vazamento zero de líquido de arrefecimento.
• Solução de barras: A soldagem de barras de cobre/alumínio nos módulos de bateria apresenta uma pequena zona afectada pelo calor, evitando danos térmicos às células da bateria.

• Instalação de um distribuidor de calor de chip: Usado para soldar bases de dissipadores de calor da CPU/GPU (por exemplo, postes de cobre para barbatanas de alumínio).
• Selamento da câmara de vapor: A vedação hermética a laser das cavidades da câmara de vapor (VC) mantém níveis elevados de vácuo, aumentando a eficiência de dissipação de calor por mudança de fase.

• Painéis de dissipação de calor por satélite: Soldadura de tubos de aquecimento de liga de titânio/liga de alumínio para painéis de radiador, adaptados a variações de temperatura extremas no espaço.
• Reparação do canal de arrefecimento do motor: reparação de revestimento a laser dos canais internos de arrefecimento das pás das turbinas, restabelecendo a funcionalidade de dissipação de calor.

Controle de baixa entrada de calor e de deformação

• A largura da zona afetada pelo calor pode ser controlada dentro de 0,1 mm, minimizando a deformação da soldagem e tornando-a adequada para a montagem de estruturas de dissipação de calor de precisão (por exemplo,micro-canais).

Requisitos elevados de hermeticidade

• As profundidades de soldadura podem atingir 0,5 mm, com uma hermeticidade superior aos métodos de soldadura tradicionais, atendendo aos requisitos de alta pressão (≥ 1 MPa) de resistência a vazamentos dos sistemas de arrefecimento de líquidos.

Compatibilidade com materiais diferentes

• A partir de soldagem híbrida por laser-arco ou adição de camadas intermediárias (por exemplo, níquel, folha de prata),É obtida a união de alta resistência de materiais diferentes, como cobre-alumínio e aço-alumínio, otimizando o projeto de condução térmica/dissipação.

Integração de automação

• Quando integrados com robôs e sistemas de posicionamento de visão, canais de fluxo tridimensionais complexos (por exemplo, tubos de resfriamento serpentinos) podem ser soldados, aumentando a eficiência de produção em 30% ∼50%.

• Placa de arrefecimento líquido da bateria do veículo de energia nova: Um laser de fibra de 3 kW foi utilizado para soldar uma liga de alumínio de 0,8 mm de espessura a uma velocidade de soldadura de 8 m/min, alcançando uma taxa de fuga inferior a 5×10−4 Pa·m3/s.
• Estação Base 5G Fusor de calor AAU: A soldagem por laser pulsado em nanossegundos foi utilizada para juntar tubos de calor de cobre e barbatanas de alumínio, resultando num aumento de 15% na condutividade térmica e numa redução de 20% no peso.

1. Monitorização de processos inteligente: Integração de imagens térmicas infravermelhas e monitorização espectral para feedback em tempo real sobre a profundidade de penetração e os defeitos da solda.
2. Soldadura por laser ultrarápido: Aplicação de lasers femtossegundos/picossegundos para solda de substratos cerâmicos de dissipação de calor (por exemplo, nitreto de alumínio), superando os gargalos na junção de materiais não metálicos.
3. Dissipação de calor integrada com vários materiais: Combinação da impressão 3D com a soldagem a laser para alcançar a fabricação integrada de dissipadores de calor com materiais funcionalmente classificados.

O valor central da soldagem a laser no campo da gestão térmica reside em permitir a fabricação altamente confiável de estruturas de dissipação de calor termicamente condutoras, leves e compactas.À medida que a procura de eficiência de dissipação de calor continua a aumentar nos veículos de energia novaNo que respeita aos sectores da electricidade, da electrónica de alta potência e da aeroespacial, a tecnologia de soldadura a laser irá evoluir persistentemente rumo a umaCompatibilidade multi-material, processamento de baixo dano e inteligencialização, estabelecendo-se como uma tecnologia chave para o avanço dos sistemas de gestão térmica.