Soldadura láser de materiales de cobre: láser azul vs. láser verde

La soldadura láser es una técnica de procesamiento emergente de alta eficiencia. El proceso de mecanizado láser es el resultado de la interacción entre un haz de energía específico y el material. Los materiales generalmente se clasifican en metales y no metales. Los materiales metálicos incluyen acero, hierro, cobre, aluminio y sus aleaciones relacionadas, mientras que los materiales no metálicos incluyen vidrio, madera, plástico, tela y materiales frágiles. La fabricación por láser se aplica en muchas industrias, pero hasta ahora, su aplicación se centra principalmente en estas categorías de materiales.

La industria del láser necesita fortalecer la investigación sobre las propiedades de los materiales

En China, el rápido desarrollo de la industria del láser está impulsado por una gran demanda de aplicaciones. Sin embargo, la mayoría de los fabricantes de equipos láser se centran principalmente en la interacción entre el rayo láser y los componentes mecánicos, y algunos consideran la automatización del equipo. Existe una falta de investigación sobre los materiales, como por ejemplo determinar qué parámetros del haz son adecuados para diferentes materiales. Esta brecha en la investigación significa que algunas empresas desarrollan nuevos equipos pero no pueden explorar sus nuevas aplicaciones. Muchas empresas de láser tienen ingenieros ópticos y mecánicos, pero pocos ingenieros en ciencia de los materiales, lo que resalta la necesidad urgente de más investigación sobre las propiedades de los materiales.

La alta reflectividad del cobre promueve el desarrollo de la tecnología láser verde y azul

En materiales metálicos, el procesamiento láser del acero y el hierro ha sido ampliamente explorado. Sin embargo, todavía se está explorando el procesamiento de materiales de alta reflectividad, especialmente cobre y aluminio. El cobre se utiliza ampliamente en cables, electrodomésticos, productos electrónicos de consumo, equipos eléctricos, componentes electrónicos y baterías debido a su excelente conductividad térmica y eléctrica. A pesar de muchos años de esfuerzo, la tecnología láser ha tenido dificultades para procesar el cobre debido a sus propiedades.

En primer lugar, el cobre tiene una alta reflectividad, con una tasa de reflectividad del 90% para el láser infrarrojo común de 1064 nm. En segundo lugar, la excelente conductividad térmica del cobre hace que el calor se disipe rápidamente, lo que dificulta lograr el efecto de procesamiento deseado. En tercer lugar, para el procesamiento se requieren láseres de mayor potencia, lo que puede provocar la deformación del cobre. Incluso si se realiza la soldadura, es común que haya defectos y soldaduras incompletas.

Después de años de exploración, se ha descubierto que los láseres con longitudes de onda más cortas, como los láseres verdes y azules, son más adecuados para soldar cobre. Esto ha impulsado el desarrollo de la tecnología láser verde y azul.

El cambio de láseres infrarrojos a láseres verdes con una longitud de onda de 532 nm reduce significativamente la reflectividad. El láser de longitud de onda de 532 nm permite el acoplamiento continuo del rayo láser al material de cobre, estabilizando el proceso de soldadura. El efecto de soldadura sobre el cobre con un láser de 532 nm es comparable al de un láser de 1064 nm sobre acero.

En China, la potencia comercial de los láseres verdes ha alcanzado los 500 vatios, mientras que a nivel internacional ha alcanzado los 3.000 vatios. El efecto de soldadura es especialmente significativo en los componentes de baterías de litio. En los últimos años, la soldadura láser verde de cobre se ha convertido en un tema destacado, especialmente en la industria de las nuevas energías.

Actualmente, una empresa china ha desarrollado con éxito un láser verde totalmente acoplado a fibra con una potencia de salida de 1000 vatios, ampliando enormemente las aplicaciones potenciales para la soldadura de cobre. El producto tiene buena recepción en el mercado.

En los últimos tres años, la nueva tecnología de láser azul ha ganado la atención de la industria. Los láseres azules, con una longitud de onda de alrededor de 450 nm, se encuentran entre los láseres ultravioleta y los verdes. La absorción del láser azul en el cobre es mejor que la del láser verde, reduciendo la reflectividad a menos del 35%.

La soldadura láser azul se puede utilizar tanto para la soldadura por conducción térmica como para la soldadura por penetración profunda, logrando “soldadura sin salpicaduras” y reducir la porosidad de la soldadura. Además de mejorar la calidad, la soldadura láser azul del cobre también ofrece importantes ventajas en velocidad, siendo al menos cinco veces más rápida que la soldadura láser infrarroja. El efecto conseguido con un láser infrarrojo de 3000 vatios se puede conseguir con un láser azul de 500 vatios, ahorrando así significativamente energía y electricidad.

Fabricantes de láser que desarrollan láseres azules

Los principales fabricantes de láseres azules incluyen Laserline, Nuburu, United Winners, BWT y Han's Laser. En la actualidad, los láseres azules adoptan la ruta de tecnología de semiconductores acoplados a fibra, que está ligeramente rezagada en densidad de energía. Por lo tanto, algunas empresas han desarrollado la soldadura compuesta de doble haz para lograr mejores efectos de soldadura de cobre. La soldadura de doble haz implica el uso simultáneo de rayos láser azules y rayos láser infrarrojos para la soldadura de cobre, con posiciones relativas cuidadosamente ajustadas de los dos puntos del haz para resolver problemas de alta reflectividad y garantizar al mismo tiempo una densidad de energía suficiente.

Comprender las propiedades de los materiales es crucial al aplicar o desarrollar tecnologías láser. Ya sea que se utilicen láseres azules o verdes, ambos pueden mejorar la absorción de láseres por parte del cobre, aunque los láseres azules y verdes de alta potencia actualmente son costosos. Se cree que a medida que las técnicas de procesamiento maduren y los costos operativos de los láseres azules o verdes disminuyan adecuadamente, la demanda del mercado realmente aumentará.

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