لحام المواد النحاسية بالليزر: الليزر الأزرق مقابل الليزر الأخضر

اللحام بالليزر تقنية معالجة حديثة وعالية الكفاءة. وتنتج عملية التصنيع بالليزر عن تفاعل شعاع طاقة محدد مع المادة. تُصنف المواد عمومًا إلى معادن ولا فلزات. تشمل المعادن الفولاذ والحديد والنحاس والألومنيوم وسبائكها، بينما تشمل اللا فلزات الزجاج والخشب والبلاستيك والأقمشة والمواد الهشة. يُستخدم التصنيع بالليزر في العديد من الصناعات، ولكن حتى الآن، يقتصر استخدامه بشكل أساسي على هذه الفئات من المواد.

يحتاج قطاع صناعة الليزر إلى تعزيز البحث في خصائص المواد

في الصين، يُعزى التطور السريع لصناعة الليزر إلى الطلب المتزايد على تطبيقاتها. مع ذلك، يركز معظم مصنعي معدات الليزر بشكل أساسي على التفاعل بين شعاع الليزر والمكونات الميكانيكية، بينما يولي البعض اهتمامًا لأتمتة المعدات. ويُلاحظ نقص في الأبحاث المتعلقة بالمواد، مثل تحديد معايير الشعاع المناسبة لمختلف المواد. هذا النقص في الأبحاث يعني أن بعض الشركات تُطوّر معدات جديدة دون أن تتمكن من استكشاف تطبيقاتها الجديدة. تمتلك العديد من شركات الليزر مهندسين متخصصين في البصريات والميكانيكا، لكنها تفتقر إلى مهندسي علوم المواد، مما يُبرز الحاجة المُلحة إلى مزيد من الأبحاث حول خصائص المواد.

تساهم خاصية الانعكاس العالية للنحاس في تطوير تقنية الليزر الأخضر والأزرق

في مجال المواد المعدنية، حظيت معالجة الفولاذ والحديد بالليزر باهتمام واسع. مع ذلك، لا تزال معالجة المواد ذات الانعكاسية العالية، وخاصة النحاس والألومنيوم، قيد البحث والتطوير. يُستخدم النحاس على نطاق واسع في الكابلات والأجهزة المنزلية والإلكترونيات الاستهلاكية والمعدات الكهربائية والمكونات الإلكترونية والبطاريات نظرًا لموصليته الحرارية والكهربائية الممتازة. وعلى الرغم من الجهود المبذولة على مدى سنوات طويلة، واجهت تقنية الليزر صعوبة في معالجة النحاس بسبب خصائصه.

أولًا، يتميز النحاس بانعكاسية عالية، تصل إلى 90% عند استخدام ليزر الأشعة تحت الحمراء الشائع بطول موجة 1064 نانومتر. ثانيًا، تتسبب الموصلية الحرارية الممتازة للنحاس في تبديد الحرارة بسرعة، مما يصعب معه تحقيق التأثير المطلوب في عملية المعالجة. ثالثًا، تتطلب عملية المعالجة استخدام ليزرات ذات طاقة أعلى، مما قد يؤدي إلى تشوه النحاس. وحتى بعد إتمام عملية اللحام، تبقى العيوب وعدم اكتمال اللحامات أمرًا شائعًا.

بعد سنوات من البحث والاستكشاف، تبيّن أن الليزر ذو الأطوال الموجية الأقصر، مثل الليزر الأخضر والأزرق، أكثر ملاءمةً للحام النحاس. وقد حفّز هذا الأمر تطوير تقنية الليزر الأخضر والأزرق.

يؤدي التحول من ليزر الأشعة تحت الحمراء إلى ليزر أخضر بطول موجي 532 نانومتر إلى تقليل الانعكاسية بشكل ملحوظ. يسمح ليزر 532 نانومتر بربط شعاع الليزر باستمرار مع النحاس، مما يُحسّن استقرار عملية اللحام. ويُضاهي تأثير اللحام على النحاس باستخدام ليزر 532 نانومتر تأثير اللحام على الفولاذ باستخدام ليزر 1064 نانومتر.

في الصين، بلغت القدرة التجارية لأشعة الليزر الخضراء 500 واط، بينما وصلت عالميًا إلى 3000 واط. ويُعدّ تأثير اللحام بالغ الأهمية في مكونات بطاريات الليثيوم. وفي السنوات الأخيرة، برز لحام النحاس بالليزر الأخضر، لا سيما في قطاع الطاقة الجديدة، كتقنية رائدة.

نجحت شركة صينية مؤخراً في تطوير ليزر أخضر موصول بالكامل بالألياف الضوئية بقدرة 1000 واط، مما يوسع بشكل كبير نطاق تطبيقاته المحتملة في لحام النحاس. وقد لاقى هذا المنتج استحساناً واسعاً في السوق.

خلال السنوات الثلاث الماضية، حظيت تقنية الليزر الأزرق الجديدة باهتمام الصناعة. يقع الليزر الأزرق، بطول موجي يبلغ حوالي 450 نانومتر، بين الليزر فوق البنفسجي والليزر الأخضر. يتميز امتصاص الليزر الأزرق على النحاس بأنه أفضل من الليزر الأخضر، مما يقلل الانعكاسية إلى أقل من 35%.

يمكن استخدام لحام الليزر الأزرق في كلٍ من لحام التوصيل الحراري ولحام الاختراق العميق، مما يحقق لحامًا خاليًا من الشرر ويقلل من مسامية اللحام. إلى جانب تحسين الجودة، يوفر لحام النحاس بالليزر الأزرق سرعةً فائقة، إذ يفوق سرعة لحام الليزر بالأشعة تحت الحمراء بخمس مرات على الأقل. ويمكن تحقيق نفس التأثير الذي يُحققه ليزر الأشعة تحت الحمراء بقدرة 3000 واط باستخدام ليزر أزرق بقدرة 500 واط، مما يوفر الطاقة والكهرباء بشكل ملحوظ.

شركات تصنيع الليزر التي تطور الليزر الأزرق

تشمل الشركات الرائدة في تصنيع الليزر الأزرق: ليزرلاين، ونوبورو، ويونايتد وينرز، وبي دبليو تي، وهانز ليزر. تعتمد هذه التقنية حاليًا على أشباه الموصلات المقترنة بالألياف، والتي تتميز بانخفاض طفيف في كثافة الطاقة. لذا، طورت بعض الشركات تقنية اللحام المركب ثنائي الحزمة لتحقيق نتائج أفضل في لحام النحاس. تعتمد هذه التقنية على استخدام أشعة الليزر الأزرق وأشعة الليزر تحت الحمراء في آنٍ واحد، مع ضبط دقيق للمواضع النسبية لبقعتي الشعاعين لمعالجة مشكلة الانعكاسية العالية وضمان كثافة طاقة كافية.

يُعدّ فهم خصائص المواد أمرًا بالغ الأهمية عند تطبيق أو تطوير تقنيات الليزر. سواءً استُخدم الليزر الأزرق أو الأخضر، يُمكن لكليهما تعزيز امتصاص النحاس لأشعة الليزر، مع العلم أن الليزر الأزرق والأخضر عالي الطاقة مُكلف حاليًا. ويُعتقد أنه مع نضوج تقنيات المعالجة وانخفاض تكاليف تشغيل الليزر الأزرق أو الأخضر بشكل مناسب، سيزداد الطلب عليه في السوق بشكل ملحوظ.

تبريد فعال لأشعة الليزر الزرقاء والخضراء

تُنتج أشعة الليزر الزرقاء والخضراء حرارةً كبيرةً أثناء التشغيل، مما يستلزم حلول تبريد فعّالة. تُقدّم شركة TEYU Chiller، الرائدة في تصنيع أجهزة التبريد بخبرة تمتدّ لـ 22 عامًا، حلول تبريد مُصمّمة خصيصًا لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية وتطبيقات الليزر. صُمّمت مُبرّدات المياه من سلسلة CWFL خصيصًا لتوفير تبريد دقيق وفعّال لأنظمة ليزر الألياف ، بما في ذلك تلك المُستخدمة في عمليات الليزر الأزرق والأخضر. من خلال فهمنا لمتطلبات التبريد الفريدة لمعدات الليزر، نُقدّم مُبرّدات قوية وموثوقة لتعزيز الإنتاجية وحماية المعدات.

تلتزم شركة TEYU Chiller بالبقاء في طليعة تكنولوجيا التبريد بالليزر. ونحن نراقب باستمرار اتجاهات الصناعة والابتكارات في مجال الليزر الأزرق والأخضر، وندفع عجلة التقدم التكنولوجي لتعزيز الإنتاجية وتسريع إنتاج أجهزة التبريد المبتكرة لتلبية متطلبات التبريد المتطورة في صناعة الليزر.