Soudage laser du cuivre : laser bleu vs laser vert

Le soudage laser est une technique de traitement émergente à haut rendement. Ce procédé résulte de l'interaction entre un faisceau d'énergie spécifique et le matériau. Les matériaux sont généralement classés en métaux et non-métaux. Les métaux comprennent l'acier, le fer, le cuivre, l'aluminium et leurs alliages, tandis que les non-métaux incluent le verre, le bois, le plastique, les textiles et les matériaux fragiles. La fabrication laser trouve des applications dans de nombreux secteurs industriels, mais jusqu'à présent, son utilisation se limite principalement à ces catégories de matériaux.

L'industrie laser doit renforcer la recherche sur les propriétés des matériaux

En Chine, le développement rapide de l'industrie laser est alimenté par une forte demande d'applications. Cependant, la plupart des fabricants d'équipements laser se concentrent principalement sur l'interaction entre le faisceau laser et les composants mécaniques, certains envisageant l'automatisation des équipements. La recherche sur les matériaux, notamment la détermination des paramètres de faisceau adaptés à différents matériaux, est insuffisante. Ce manque de recherche signifie que certaines entreprises développent de nouveaux équipements sans pouvoir explorer leurs nouvelles applications. De nombreuses entreprises du secteur laser emploient des ingénieurs en optique et en mécanique, mais peu d'ingénieurs en science des matériaux, ce qui souligne l'urgence d'approfondir la recherche sur les propriétés des matériaux.

La réflectivité élevée du cuivre favorise le développement des technologies laser vertes et bleues.

Dans le domaine des métaux, le traitement laser de l'acier et du fer est bien maîtrisé. Cependant, le traitement des matériaux à haute réflectivité, notamment le cuivre et l'aluminium, reste encore à explorer. Le cuivre est largement utilisé dans les câbles, l'électroménager, l'électronique grand public, les équipements électriques, les composants électroniques et les batteries grâce à son excellente conductivité thermique et électrique. Malgré de nombreuses années de recherche, le traitement laser du cuivre s'avère difficile en raison de ses propriétés.

Premièrement, le cuivre présente une réflectivité élevée, atteignant 90 % pour un laser infrarouge courant de 1064 nm. Deuxièmement, son excellente conductivité thermique entraîne une dissipation rapide de la chaleur, ce qui complique l'obtention du traitement souhaité. Troisièmement, le traitement requiert des lasers de forte puissance, susceptibles de provoquer des déformations du cuivre. Enfin, même après soudage, les défauts et les soudures incomplètes sont fréquents.

Après des années de recherche, il a été constaté que les lasers à longueur d'onde plus courte, comme les lasers verts et bleus, sont plus adaptés au soudage du cuivre. Ceci a stimulé le développement de la technologie des lasers verts et bleus.

Le passage des lasers infrarouges aux lasers verts d'une longueur d'onde de 532 nm réduit considérablement la réflectivité. Le laser de 532 nm permet un couplage continu du faisceau laser au cuivre, stabilisant ainsi le processus de soudage. L'effet du soudage sur le cuivre avec un laser de 532 nm est comparable à celui obtenu avec un laser de 1064 nm sur l'acier.

En Chine, la puissance commerciale des lasers verts a atteint 500 watts, tandis qu'à l'échelle internationale, elle atteint 3 000 watts. L'effet de soudage est particulièrement significatif pour les composants des batteries au lithium. Ces dernières années, le soudage du cuivre par laser vert, notamment dans le secteur des énergies nouvelles, est devenu un domaine de recherche prometteur.

Une entreprise chinoise a récemment mis au point un laser vert entièrement couplé à fibre optique d'une puissance de 1 000 watts, élargissant considérablement le champ d'application du soudage du cuivre. Ce produit rencontre un vif succès sur le marché.

Ces trois dernières années, la technologie des lasers bleus a suscité un vif intérêt dans l'industrie. Les lasers bleus, d'une longueur d'onde d'environ 450 nm, se situent entre les lasers ultraviolets et les lasers verts. L'absorption du cuivre par les lasers bleus est supérieure à celle des lasers verts, réduisant ainsi la réflectivité à moins de 35 %.

Le soudage laser bleu permet à la fois le soudage par conduction thermique et le soudage à pénétration profonde, garantissant un soudage sans projections et réduisant la porosité de la soudure. Outre l'amélioration de la qualité, le soudage laser bleu du cuivre offre également des gains de vitesse considérables, étant au moins cinq fois plus rapide que le soudage laser infrarouge. Un laser bleu de 500 watts permet d'obtenir le même résultat qu'avec un laser infrarouge de 3 000 watts, ce qui représente une économie d'énergie et d'électricité significative.

Fabricants de lasers qui développent des lasers bleus

Parmi les principaux fabricants de lasers bleus figurent Laserline, Nuburu, United Winners, BWT et Han's Laser. Actuellement, les lasers bleus utilisent la technologie des semi-conducteurs couplés à la fibre optique, ce qui limite légèrement leur densité énergétique. C'est pourquoi certaines entreprises ont développé le soudage composite à double faisceau afin d'obtenir de meilleurs résultats sur le cuivre. Le soudage à double faisceau consiste à utiliser simultanément des faisceaux laser bleus et infrarouges pour souder le cuivre, en ajustant précisément la position relative des deux points d'impact afin de résoudre les problèmes de réflectivité élevée tout en garantissant une densité énergétique suffisante.

La compréhension des propriétés des matériaux est cruciale pour l'application et le développement des technologies laser. Qu'il s'agisse de lasers bleus ou verts, l'absorption du faisceau laser par le cuivre peut être améliorée, bien que les lasers bleus et verts de forte puissance soient actuellement onéreux. On estime qu'à mesure que les techniques de traitement se perfectionnent et que les coûts d'exploitation des lasers bleus ou verts diminuent, la demande du marché connaîtra une forte croissance.

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