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 se clasifican generalmente en metales y no metales. Los materiales metálicos incluyen acero, hierro, cobre, aluminio y sus aleaciones, mientras que los no metálicos incluyen vidrio, madera, plástico, tela y materiales frágiles. La fabricación 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 láser se debe a la gran demanda de aplicaciones. Sin embargo, la mayoría de los fabricantes de equipos láser se centran principalmente en la interacción entre el haz láser y los componentes mecánicos, y algunos consideran la automatización de los equipos. Existe una falta de investigación sobre materiales, como la determinación de los parámetros del haz adecuados para cada material. Esta carencia en la investigación implica que algunas empresas desarrollan nuevos equipos, pero no pueden explorar sus nuevas aplicaciones. Muchas empresas de láser cuentan con ingenieros ópticos y mecánicos, pero pocos ingenieros en ciencias de los materiales, lo que pone de relieve la urgente necesidad de profundizar en la 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 de acero y hierro se ha explorado ampliamente. Sin embargo, el procesamiento de materiales de alta reflectividad, especialmente cobre y aluminio, aún se encuentra en fase de investigación. El cobre se utiliza ampliamente en cables, electrodomésticos, electrónica 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 provoca una rápida disipación del calor, lo que dificulta lograr el efecto de procesamiento deseado. En tercer lugar, se requieren láseres de mayor potencia para el procesamiento, lo que puede provocar la deformación del cobre. Incluso después de la soldadura, es común que se presenten defectos y soldaduras incompletas.

Tras años de investigación, se ha descubierto que los láseres con longitudes de onda más cortas, como los láseres verde y azul, 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 532 nm permite un acoplamiento continuo del haz láser al cobre, estabilizando el proceso de soldadura. El efecto de la soldadura en cobre con un láser de 532 nm es comparable al de un láser de 1064 nm en acero.

En China, la potencia comercial de los láseres verdes ha alcanzado los 500 vatios, mientras que a nivel internacional ha alcanzado los 3000 vatios. El efecto de la soldadura es especialmente significativo en los componentes de baterías de litio. En los últimos años, la soldadura láser verde de cobre, especialmente en la industria de las nuevas energías, se ha convertido en un punto de referencia.

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

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

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

Fabricantes de láser que desarrollan láseres azules

Entre los principales fabricantes de láseres azules se incluyen Laserline, Nuburu, United Winners, BWT y Han's Laser. Actualmente, los láseres azules adoptan la tecnología de semiconductores acoplados a fibra, que presenta un ligero retraso en la densidad energética. Por ello, algunas empresas han desarrollado la soldadura compuesta de doble haz para lograr mejores resultados en la soldadura de cobre. La soldadura de doble haz implica el uso simultáneo de rayos láser azules e 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 una densidad energética suficiente.

Comprender las propiedades de los materiales es crucial al aplicar o desarrollar tecnologías láser. Tanto el uso de láseres azules como el de láseres verdes puede mejorar la absorción de láseres por parte del cobre, aunque los láseres azules y verdes de alta potencia son actualmente 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 experimentará un verdadero aumento.

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