جوشکاری لیزری مواد مسی: لیزر آبی در مقابل لیزر سبز

جوشکاری لیزری یک تکنیک پردازش با راندمان بالا و نوظهور است. فرآیند ماشینکاری لیزری نتیجه برهمکنش بین یک پرتو انرژی خاص و ماده است. مواد به طور کلی به دو دسته فلز و غیر فلز تقسیم می‌شوند. مواد فلزی شامل فولاد، آهن، مس، آلومینیوم و آلیاژهای مرتبط با آنها هستند، در حالی که مواد غیرفلزی شامل شیشه، چوب، پلاستیک، پارچه و مواد شکننده می‌شوند. تولید با لیزر در بسیاری از صنایع کاربرد دارد، اما تاکنون، کاربرد آن عمدتاً در این دسته از مواد بوده است.

صنعت لیزر نیاز به تقویت تحقیقات در مورد خواص مواد دارد

در چین، توسعه سریع صنعت لیزر به دلیل تقاضای زیاد برای کاربردهای آن است. با این حال، اکثر تولیدکنندگان تجهیزات لیزر عمدتاً بر تعامل بین پرتو لیزر و اجزای مکانیکی تمرکز می‌کنند و برخی نیز اتوماسیون تجهیزات را در نظر می‌گیرند. کمبود تحقیقات در مورد مواد، مانند تعیین اینکه کدام پارامترهای پرتو برای مواد مختلف مناسب هستند، وجود دارد. این شکاف در تحقیقات به این معنی است که برخی شرکت‌ها تجهیزات جدیدی را توسعه می‌دهند اما نمی‌توانند کاربردهای جدید آن را بررسی کنند. بسیاری از شرکت‌های لیزر، مهندسان اپتیک و مکانیک دارند، اما تعداد کمی مهندس علوم مواد دارند که این امر نیاز مبرم به تحقیقات بیشتر در مورد خواص مواد را برجسته می‌کند.

بازتاب بالای مس، توسعه فناوری لیزر سبز و آبی را ارتقا می‌دهد

در مواد فلزی، پردازش لیزری فولاد و آهن به خوبی مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال، پردازش مواد با بازتاب بالا، به ویژه مس و آلومینیوم، هنوز در دست بررسی است. مس به دلیل رسانایی حرارتی و الکتریکی عالی، به طور گسترده در کابل‌ها، لوازم خانگی، لوازم الکترونیکی مصرفی، تجهیزات الکتریکی، قطعات الکترونیکی و باتری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. با وجود سال‌ها تلاش، فناوری لیزر به دلیل خواص مس، در فرآوری آن با مشکل مواجه بوده است.

اول، مس بازتاب بالایی دارد، با نرخ بازتاب ۹۰٪ برای لیزر مادون قرمز رایج ۱۰۶۴ نانومتر. ثانیاً، رسانایی حرارتی عالی مس باعث می‌شود گرما به سرعت از بین برود و دستیابی به اثر پردازش مطلوب را دشوار می‌کند. سوم، برای پردازش به لیزرهای با توان بالاتر نیاز است که می‌تواند منجر به تغییر شکل مس شود. حتی اگر جوشکاری تکمیل شود، نقص‌ها و جوش‌های ناقص رایج هستند.

پس از سال‌ها کاوش، مشخص شده است که لیزرهایی با طول موج کوتاه‌تر، مانند لیزرهای سبز و آبی، برای جوشکاری مس مناسب‌تر هستند. این امر باعث توسعه فناوری لیزر سبز و آبی شده است.

تغییر از لیزرهای مادون قرمز به لیزرهای سبز با طول موج ۵۳۲ نانومتر، بازتاب‌پذیری را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. لیزر با طول موج ۵۳۲ نانومتر امکان اتصال پیوسته پرتو لیزر به ماده مسی را فراهم می‌کند و فرآیند جوشکاری را پایدار می‌سازد. اثر جوشکاری روی مس با لیزر ۵۳۲ نانومتر با اثر جوشکاری با لیزر ۱۰۶۴ نانومتر روی فولاد قابل مقایسه است.

در چین، توان تجاری لیزرهای سبز به ۵۰۰ وات رسیده است، در حالی که در سطح بین‌المللی به ۳۰۰۰ وات رسیده است. اثر جوشکاری به ویژه در اجزای باتری لیتیومی قابل توجه است. در سال‌های اخیر، جوشکاری مس با لیزر سبز، به ویژه در صنعت انرژی‌های نو، به یک امر برجسته تبدیل شده است.

در حال حاضر، یک شرکت چینی با موفقیت یک لیزر سبز کاملاً کوپل شده با فیبر با توان خروجی ۱۰۰۰ وات توسعه داده است که کاربردهای بالقوه آن را برای جوشکاری مس تا حد زیادی گسترش می‌دهد. این محصول در بازار با استقبال خوبی روبرو شده است.

در سه سال گذشته، فناوری جدید لیزر آبی توجه صنعت را به خود جلب کرده است. لیزرهای آبی با طول موج حدود ۴۵۰ نانومتر، بین لیزرهای فرابنفش و سبز قرار می‌گیرند. جذب لیزر آبی روی مس بهتر از لیزر سبز است و بازتاب را به زیر 35٪ کاهش می‌دهد.

جوشکاری لیزر آبی می‌تواند هم برای جوشکاری هدایت حرارتی و هم برای جوشکاری نفوذ عمیق مورد استفاده قرار گیرد. “جوشکاری بدون پاشش” و کاهش تخلخل جوش. علاوه بر بهبود کیفیت، جوشکاری مس با لیزر آبی مزایای سرعت قابل توجهی نیز دارد، که حداقل پنج برابر سریع‌تر از جوشکاری لیزر مادون قرمز است. اثری که با لیزر مادون قرمز ۳۰۰۰ واتی به دست می‌آید را می‌توان با لیزر آبی ۵۰۰ واتی نیز به دست آورد و به طور قابل توجهی در مصرف انرژی و برق صرفه‌جویی کرد.

تولیدکنندگان لیزر که لیزرهای آبی را توسعه می‌دهند

تولیدکنندگان پیشرو لیزرهای آبی شامل Laserline، Nuburu، United Winners، BWT و Han's Laser هستند. در حال حاضر، لیزرهای آبی از مسیر فناوری نیمه‌هادی کوپل شده با فیبر استفاده می‌کنند که از نظر چگالی انرژی کمی عقب‌تر است. بنابراین، برخی از شرکت‌ها جوشکاری کامپوزیت دو پرتویی را برای دستیابی به اثرات جوشکاری مس بهتر توسعه داده‌اند. جوشکاری دو پرتویی شامل استفاده همزمان از پرتوهای لیزر آبی و پرتوهای لیزر مادون قرمز برای جوشکاری مس است، با تنظیم دقیق موقعیت نسبی دو نقطه پرتو برای حل مشکلات بازتاب بالا و در عین حال تضمین چگالی انرژی کافی.

درک خواص مواد هنگام به کارگیری یا توسعه فناوری‌های لیزر بسیار مهم است. چه از لیزرهای آبی استفاده شود و چه سبز، هر دو می‌توانند جذب لیزر توسط مس را افزایش دهند، اگرچه لیزرهای آبی و سبز پرقدرت در حال حاضر پرهزینه هستند. اعتقاد بر این است که با تکامل تکنیک‌های پردازش و کاهش مناسب هزینه‌های عملیاتی لیزرهای آبی یا سبز، تقاضای بازار واقعاً افزایش خواهد یافت.

خنک‌سازی کارآمد برای لیزرهای آبی و سبز

لیزرهای آبی و سبز در حین کار گرمای قابل توجهی تولید می‌کنند و به همین دلیل به راهکارهای خنک‌کننده قوی نیاز دارند. چیلر TEYU، یک شرکت پیشرو تولیدکننده چیلر  با ۲۲ سال تجربه، راهکارهای خنک‌کننده‌ی سفارشی برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی و لیزری ارائه می‌دهد. سری CWFL ما چیلرهای آبی  به طور خاص برای ارائه خنک‌کننده دقیق و کارآمد برای سیستم‌های لیزر فیبر، از جمله سیستم‌هایی که در فرآیندهای لیزر آبی و سبز به کار می‌روند، طراحی شده‌اند. با درک نیازهای منحصر به فرد خنک‌کننده تجهیزات لیزر، چیلرهای قدرتمند و قابل اعتمادی را برای افزایش بهره‌وری و محافظت از تجهیزات ارائه می‌دهیم. 

چیلر TEYU همچنان متعهد به ماندن در خط مقدم فناوری خنک‌کننده لیزر است. ما به طور مداوم روندها و نوآوری‌های صنعت در لیزرهای آبی و سبز را رصد می‌کنیم و پیشرفت‌های تکنولوژیکی را برای تقویت بهره‌وری جدید و تسریع تولید چیلرهای نوآورانه برای برآورده کردن نیازهای خنک‌کننده در حال تحول صنعت لیزر، هدایت می‌کنیم.