لحام مواد النحاس بالليزر: الليزر الأزرق مقابل الليزر الأخضر

اللحام بالليزر تقنية معالجة ناشئة وعالية الكفاءة. عملية التصنيع بالليزر هي نتيجة تفاعل شعاع طاقة محدد مع المادة. تُصنف المواد عمومًا إلى معادن ولامعادن. تشمل المواد المعدنية الفولاذ والحديد والنحاس والألمنيوم وسبائكها، بينما تشمل المواد غير المعدنية 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.

تحتاج صناعة الليزر إلى تعزيز البحث في خصائص المواد

في الصين، يُعزى التطور السريع لصناعة الليزر إلى الطلب الكبير على التطبيقات. ومع ذلك، يُركز معظم مُصنّعي معدات الليزر بشكل رئيسي على التفاعل بين شعاع الليزر والمكونات الميكانيكية، مع اهتمام بعضهم بأتمتة المعدات. هناك نقص في الأبحاث المتعلقة بالمواد، مثل تحديد معلمات الشعاع المناسبة للمواد المختلفة. هذه الفجوة البحثية تعني أن بعض الشركات تُطوّر معدات جديدة دون أن تتمكن من استكشاف تطبيقاتها الجديدة. العديد من شركات الليزر لديها مهندسون بصريون وميكانيكيون، بينما عدد قليل من مهندسي علوم المواد، مما يُبرز الحاجة المُلحة لمزيد من البحث في خصائص المواد.

الانعكاسية العالية للنحاس تعزز تطوير تقنية الليزر الأخضر والأزرق

في مجال المواد المعدنية، حظيت معالجة الفولاذ والحديد بالليزر باهتمام واسع. ومع ذلك، لا تزال معالجة المواد عالية الانعكاسية، وخاصةً النحاس والألومنيوم، قيد البحث. يُستخدم النحاس على نطاق واسع في الكابلات، والأجهزة المنزلية، والإلكترونيات الاستهلاكية، والمعدات الكهربائية، والمكونات الإلكترونية، والبطاريات، نظرًا لموصليته الحرارية والكهربائية الممتازة. على الرغم من سنوات طويلة من الجهود، واجهت تقنية الليزر صعوبة في معالجة النحاس نظرًا لخصائصه.

أولاً، يتميز النحاس بانعكاسية عالية، حيث تبلغ نسبة انعكاسية ليزر الأشعة تحت الحمراء الشائع بطول موجة 1064 نانومتر 90%. ثانياً، تُسبب الموصلية الحرارية الممتازة للنحاس تبديد الحرارة بسرعة، مما يُصعّب تحقيق تأثير المعالجة المطلوب. ثالثاً، تتطلب المعالجة ليزرات عالية الطاقة، مما قد يؤدي إلى تشوه النحاس. حتى بعد اكتمال اللحام، من الشائع ظهور عيوب ولحامات غير مكتملة.

بعد سنوات من البحث، تبيّن أن الليزرات ذات الأطوال الموجية الأقصر، مثل الليزر الأخضر والأزرق، أكثر ملاءمةً للحام النحاس. وقد دفع هذا إلى تطوير تقنية الليزر الأخضر والأزرق.

يُقلل الانتقال من ليزر الأشعة تحت الحمراء إلى ليزر أخضر بطول موجي 532 نانومتر من الانعكاسية بشكل ملحوظ. يسمح ليزر الطول الموجي 532 نانومتر بالاقتران المستمر لشعاع الليزر بمادة النحاس، مما يُعزز استقرار عملية اللحام. يُضاهي تأثير لحام النحاس باستخدام ليزر بطول موجي 532 نانومتر تأثير لحام الفولاذ باستخدام ليزر بطول موجي 1064 نانومتر.

في الصين، وصلت قوة الليزر الأخضر التجارية إلى 500 واط، بينما وصلت عالميًا إلى 3000 واط. ويتجلى تأثير اللحام بشكل خاص في مكونات بطاريات الليثيوم. في السنوات الأخيرة، أصبح لحام النحاس بالليزر الأخضر، وخاصةً في صناعة الطاقة الجديدة، من أبرز التقنيات.

نجحت شركة صينية حاليًا في تطوير ليزر أخضر مقترن بالألياف بالكامل بقوة 1000 واط، مما يُوسّع بشكل كبير نطاق استخدامات لحام النحاس. ويحظى هذا المنتج بإقبال كبير في السوق.

في السنوات الثلاث الماضية، حظيت تقنية الليزر الأزرق الجديدة باهتمام واسع في هذا المجال. يقع الليزر الأزرق، بطول موجي يبلغ حوالي 450 نانومتر، بين الليزر فوق البنفسجي والليزر الأخضر. يتميز امتصاص الليزر الأزرق على النحاس بتفوقه على الليزر الأخضر، حيث تنخفض انعكاسيته إلى أقل من 35%.

يمكن استخدام لحام الليزر الأزرق في كلٍّ من لحام التوصيل الحراري ولحام الاختراق العميق، مما يُحقق لحامًا خاليًا من التناثر ويقلل من مسامية اللحام. إلى جانب تحسين الجودة، يُوفر لحام النحاس بالليزر الأزرق مزايا سرعة ملحوظة، إذ إنه أسرع بخمس مرات على الأقل من لحام الليزر بالأشعة تحت الحمراء. ويمكن تحقيق نفس النتيجة التي يحققها ليزر الأشعة تحت الحمراء بقوة 3000 واط باستخدام ليزر أزرق بقوة 500 واط، مما يوفر الطاقة والكهرباء بشكل كبير.

شركات تصنيع الليزر التي تطور الليزر الأزرق

من أبرز مصنعي الليزر الأزرق: ليزرلاين، ونوبورو، ويونايتد وينرز، وبي دبليو تي، وهان ليزر. حاليًا، تعتمد الليزرات الزرقاء على تقنية أشباه الموصلات المقترنة بالألياف، والتي تتميز بانخفاض طفيف في كثافة الطاقة. لذلك، طورت بعض الشركات لحامًا مركبًا ثنائي الشعاع لتحقيق نتائج لحام نحاسية أفضل. يتضمن اللحام ثنائي الشعاع استخدام أشعة الليزر الأزرق وأشعة الليزر تحت الحمراء في آنٍ واحد للحام النحاس، مع ضبط المواضع النسبية لبقعتي الشعاع بدقة لحل مشاكل الانعكاسية العالية مع ضمان كثافة طاقة كافية.

يُعد فهم خصائص المواد أمرًا بالغ الأهمية عند تطبيق أو تطوير تقنيات الليزر. سواءً باستخدام الليزر الأزرق أو الأخضر، يُمكن لكليهما تعزيز امتصاص النحاس لليزر، مع أن الليزر الأزرق والأخضر عالي الطاقة مُكلف حاليًا. يُعتقد أنه مع تطور تقنيات المعالجة وانخفاض تكاليف تشغيل الليزر الأزرق أو الأخضر بشكل مُناسب، سيشهد الطلب في السوق ارتفاعًا كبيرًا.

تبريد فعال لليزر الأزرق والأخضر

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

تلتزم شركة TEYU Chiller بالحفاظ على ريادتها في مجال تكنولوجيا تبريد الليزر. نتابع باستمرار اتجاهات الصناعة وابتكاراتها في مجال الليزر الأزرق والأخضر، وندفع عجلة التقدم التكنولوجي لتعزيز الإنتاجية الجديدة وتسريع إنتاج المبردات المبتكرة لتلبية متطلبات التبريد المتطورة في صناعة الليزر.