借助同步輻射技術，焊接過程如今能夠以空前清晰的細節(jié)被實時觀測。弗勞恩霍夫激光技術研究所（Fraunhofer ILT）與亞琛工業(yè)大學激光技術教席的研究團隊正在德國電子同步加速器（DESY）開展實驗，讓蒸氣毛細孔、熔融流動及缺陷等現(xiàn)象首次顯形。這項突破不僅優(yōu)化了電池與微電子器件的生產(chǎn)工藝，更為新材料研發(fā)開辟了新路徑。

　　如何用同步輻射變革工業(yè)流程

　　在弗勞恩霍夫激光技術研究所（ILT）與亞琛工業(yè)大學激光技術教席的牽頭下，漢堡德國電子同步加速器內(nèi)的跨學科團隊“激光遇見同步輻射”正致力于攻克能催生工業(yè)創(chuàng)新的基礎科學難題。除上述機構外，該聯(lián)盟還包括埃爾朗根- 紐倫堡大學、斯圖加特大學、伊爾梅瑙理工大學及維也納工業(yè)大學等知名學府。

　　來自亞琛工業(yè)大學的項目經(jīng)理Christoph Spurk 負責統(tǒng)籌系統(tǒng)、激光器及光學組件的運輸安裝，并向由物理學家、IT 專家、材料學家及機械工程師組成的研究團隊分配任務。研究人員采用三班倒24 小時工作制，在七天內(nèi)完成了總計700 項不同實驗。這些實驗深入探究焊接、鉆孔與切割等工業(yè)激光加工過程，幫助團隊更透徹地理解材料特性與行為，最終實現(xiàn)工藝優(yōu)化。借助同步輻射，研究團隊能實時呈現(xiàn)真實的激光加工過程，觀測蒸氣毛細孔、熔體流動乃至氣孔形成等微觀現(xiàn)象。

　　為工業(yè)與研究優(yōu)化的激光加工技術

　　研究表明，通過精確調(diào)控激光參數(shù)可顯著減少應力裂紋，將孔隙率降至最低并提升導電性能。研究團隊首次以高清成像捕捉到常導致加工缺陷的蒸氣毛細孔與熔體流動現(xiàn)象，據(jù)此優(yōu)化了高功率電池的焊接工藝。

　　同步輻射憑借卓越的亮度與強度，不僅能實現(xiàn)微米乃至納米級分辨率的觀測，更能揭示最精細的材料結構與動態(tài)過程。光學系統(tǒng)將激光精準聚焦于材料表面，配合每秒50000 幀的高速攝像系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)可視化。Spurk 團隊正在開發(fā)的新系統(tǒng)將把幀率提升至200000 赫茲。為增強相位對比度，團隊采用閃爍晶體將X 射線轉(zhuǎn)化為可見光；當對比度不足時，則通過在材料中添加鎢或碳化鎢顆粒作為示蹤劑——這些在圖像中呈現(xiàn)為黑點的顆粒，可清晰反映熔融金屬的流動軌跡。

　　從汽車制造、航空航天到氫能與微電子領域，銅鋁接頭及金屬- 塑料復合結構的無缺陷焊接需求無處不在。唯有實時可視化技術才能檢測出傳統(tǒng)方法無法識別的微觀材料缺陷。

　　為電動交通、航空與微電子開啟新視界

　　研究所連接與切割部門負責人Alexander Olowinsky 博士指出：銅鋁復合接頭等復雜材料組合的研究對電動交通至關重要，這類材料廣泛應用于高性能電池及其他關鍵部件。通過DESY 獲得的數(shù)據(jù)，我們能制造出強度更高、可靠性更強的連接件。在輕量化制造領域，我們還在研究其他結構化工藝，相關成果將直接推動新技術研發(fā)。

　　同步輻射技術可早期檢測航空領域鋁鈦接頭的應力裂紋與異常結構，進而優(yōu)化制造工藝。此外，借助高速成像技術，鎳基高溫合金（如渦輪葉片材料）的激光粉末焊接工藝也得到顯著提升。微電子領域?qū)Ω呔冗B接工藝有著嚴苛要求——通過分析超薄銅線路中的熔體流動，研究人員能有效避免短路與材料疲勞，這對半導體和印刷電路板生產(chǎn)尤為重要。

　　為工業(yè)創(chuàng)新提供精準分析

　　“激光遇見同步輻射”聯(lián)盟的專業(yè)技術在這一領域發(fā)揮著關鍵作用。實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要專業(yè)分析——這既需要深厚的專業(yè)知識，也離不開專用軟件的支持。研究團隊每次實驗帶回的數(shù)據(jù)量高達50TB。

　　“我們的優(yōu)勢不僅在于實驗操作，更在于對結果的深度解讀，”Christoph Spurk 解釋道，“通過處理復雜數(shù)據(jù)并實現(xiàn)其應用價值，我們將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為智能數(shù)據(jù)。這得益于團隊的跨學科背景，唯有如此，同步輻射實驗數(shù)據(jù)才能真正落地應用。”

　　這項技術為客戶和合作伙伴帶來的經(jīng)濟效益遠超工藝優(yōu)化范疇：所獲得的數(shù)據(jù)和洞見為全新的商業(yè)模式奠定了基礎，例如數(shù)據(jù)驅(qū)動的材料開發(fā)。企業(yè)可利用這些精準分析結果，開發(fā)針對特定應用的定制材料，從而獲得決定性競爭優(yōu)勢。奧迪、博世研究院和電裝等企業(yè)通過合作，顯著提升了生產(chǎn)效率并縮短了開發(fā)周期。

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