Lasersvejsning af kobbermaterialer: Blå laser VS grøn laser

Lasersvejsning er en fremadstormende højeffektiv forarbejdningsteknik. Laserbearbejdningsprocessen er resultatet af interaktionen mellem en specifik energistråle og materialet. Materialer opdeles generelt i metaller og ikke-metaller. Metalmaterialer omfatter stål, jern, kobber, aluminium og deres relaterede legeringer, mens ikke-metalliske materialer omfatter glas, træ, plastik, stof og sprøde materialer. Laserfremstilling anvendes i mange brancher, men indtil videre er dens anvendelse primært inden for disse materialekategorier.

Laserindustrien skal styrke forskningen i materialeegenskaber

I Kina er den hurtige udvikling af laserindustrien drevet af en stor efterspørgsel efter applikationer. De fleste producenter af laserudstyr fokuserer dog primært på interaktionen mellem laserstrålen og mekaniske komponenter, mens nogle overvejer automatisering af udstyr. Der mangler forskning i materialer, såsom at bestemme hvilke stråleparametre der er egnede til forskellige materialer. Denne mangel i forskningen betyder, at nogle virksomheder udvikler nyt udstyr, men ikke kan udforske dets nye anvendelser. Mange laservirksomheder har optiske og mekaniske ingeniører, men få materialevidenskabelige ingeniører, hvilket understreger det presserende behov for mere forskning i materialeegenskaber.

Kobbers høje reflektionsevne fremmer udviklingen af grøn og blå laserteknologi

Inden for metalmaterialer er laserbearbejdning af stål og jern blevet grundigt udforsket. Imidlertid er forarbejdning af materialer med høj reflektionsevne, især kobber og aluminium, stadig under undersøgelse. Kobber bruges i vid udstrækning i kabler, husholdningsapparater, forbrugerelektronik, elektrisk udstyr, elektroniske komponenter og batterier på grund af dets fremragende termiske og elektriske ledningsevne. Trods mange års indsats har laserteknologi haft svært ved at bearbejde kobber på grund af dets egenskaber.

For det første har kobber en høj reflektionsevne, med en reflektionsevne på 90% for den almindelige 1064 nm infrarøde laser. For det andet forårsager kobbers fremragende varmeledningsevne, at varmen spredes hurtigt, hvilket gør det vanskeligt at opnå den ønskede forarbejdningseffekt. For det tredje kræves der lasere med højere effekt til bearbejdning, hvilket kan føre til kobberdeformation. Selv hvis svejsningen er færdig, er defekter og ufuldstændige svejsninger almindelige.

Efter års udforskning har det vist sig, at lasere med kortere bølgelængder, såsom grønne og blå lasere, er mere egnede til svejsning af kobber. Dette har drevet udviklingen af grøn og blå laserteknologi.

Skift fra infrarøde lasere til grønne lasere med en bølgelængde på 532 nm reducerer reflektionsevnen betydeligt. 532 nm bølgelængdelaseren muliggør kontinuerlig kobling af laserstrålen til kobbermaterialet, hvilket stabiliserer svejseprocessen. Svejseeffekten på kobber med en 532 nm laser er sammenlignelig med en 1064 nm laser på stål.

I Kina har den kommercielle effekt af grønne lasere nået 500 watt, mens den internationalt har nået 3000 watt. Svejseeffekten er særligt betydelig i lithiumbatterikomponenter. I de senere år er grøn lasersvejsning af kobber, især i den nye energiindustri, blevet et højdepunkt.

I øjeblikket har et kinesisk firma med succes udviklet en fuldt fiberkoblet grøn laser med en effekt på 1000 watt, hvilket i høj grad udvider de potentielle anvendelser for kobbersvejsning. Produktet er godt modtaget på markedet.

I de seneste tre år har ny blå laserteknologi tiltrukket sig industriens opmærksomhed. Blå lasere, med en bølgelængde på omkring 450 nm, falder mellem ultraviolette og grønne lasere. Blå laserabsorption på kobber er bedre end grøn laser, hvilket reducerer reflektiviteten til under 35%.

Blå lasersvejsning kan bruges til både termisk ledningssvejsning og dybpenetrationssvejsning, hvilket opnår “sprøjtfri svejsning” og reducerer svejseporøsiteten. Udover at forbedre kvaliteten tilbyder blå lasersvejsning af kobber også betydelige hastighedsfordele, da den er mindst fem gange hurtigere end infrarød lasersvejsning. Effekten opnået med en 3000-watt infrarød laser kan opnås med en 500-watt blå laser, hvilket sparer energi og elektricitet betydeligt.

Laserproducenter, der udvikler blå lasere

Førende producenter af blå lasere inkluderer Laserline, Nuburu, United Winners, BWT og Han's Laser. I øjeblikket anvender blå lasere fiberkoblet halvlederteknologi, som halter lidt bagefter i energitæthed. Derfor har nogle virksomheder udviklet dobbeltstrålekompositsvejsning for at opnå bedre kobbersvejsningseffekter. Dobbeltstrålesvejsning involverer samtidig brug af blå laserstråler og infrarøde laserstråler til kobbersvejsning, med omhyggeligt justerede relative positioner af de to strålepunkter for at løse problemer med høj reflektionsevne, samtidig med at tilstrækkelig energitæthed sikres.

Forståelse af materialeegenskaber er afgørende, når man anvender eller udvikler laserteknologier. Uanset om man bruger blå eller grønne lasere, kan begge forbedre kobberets absorption af lasere, selvom blå og grønne lasere med høj effekt i øjeblikket er dyre. Det menes, at efterhånden som behandlingsteknikkerne modnes, og driftsomkostningerne ved blå eller grønne lasere falder tilsvarende, vil markedsefterspørgslen virkelig stige.

Effektiv køling til blå og grønne lasere

Blå og grønne lasere genererer betydelig varme under drift, hvilket nødvendiggør robuste køleløsninger. TEYU Chiller, en førende producent af kølere  Med 22 års erfaring leverer vi skræddersyede køleløsninger til en bred vifte af industrielle og laserapplikationer. Vores CWFL-serie vandkølere  er specifikt designet til at tilbyde præcis og effektiv køling til fiberlasersystemer, herunder dem, der anvendes i blå og grønne laserprocesser. Ved at forstå de unikke kølebehov for laserudstyr leverer vi kraftfulde og pålidelige kølere, der forbedrer produktiviteten og beskytter udstyret. 

TEYU Chiller er fortsat dedikeret til at forblive på forkant med laserkøleteknologi. Vi overvåger løbende branchens tendenser og innovationer inden for blå og grønne lasere og driver teknologiske fremskridt for at fremme ny produktivitet og accelerere produktionen af innovative kølere, der opfylder laserindustriens skiftende kølebehov.