Soudage laser des matériaux en cuivre : laser bleu ou laser vert

Le soudage au laser est une technique de traitement émergente à haute efficacité. Le processus d’usinage laser est le résultat de l’interaction entre un faisceau d’énergie spécifique et le matériau. Les matériaux sont généralement classés en métaux et non-métaux. Les matériaux métalliques comprennent l’acier, le fer, le cuivre, l’aluminium et leurs alliages apparentés, tandis que les matériaux non métalliques comprennent le verre, le bois, le plastique, le tissu et les matériaux cassants. La fabrication au laser est appliquée dans de nombreuses industries, mais jusqu'à présent, son application se limite principalement à ces catégories de matériaux.

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

En Chine, le développement rapide de l’industrie du laser est motivé 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. Il existe un manque de recherche sur les matériaux, notamment pour déterminer quels paramètres de faisceau conviennent à différents matériaux. Cette lacune dans la recherche signifie que certaines entreprises développent de nouveaux équipements mais ne peuvent pas explorer leurs nouvelles applications. De nombreuses entreprises de laser disposent d’ingénieurs en optique et en mécanique, mais peu d’ingénieurs en science des matériaux, ce qui souligne le besoin urgent de davantage de recherches sur les propriétés des matériaux.

La haute réflectivité du cuivre favorise le développement de la technologie laser verte et bleue

Dans le domaine des matériaux métalliques, le traitement au laser de l’acier et du fer a été largement étudié. Cependant, le traitement des matériaux à haute réflectivité, notamment le cuivre et l’aluminium, est encore à l’étude. Le cuivre est largement utilisé dans les câbles, les appareils électroménagers, l’électronique grand public, les équipements électriques, les composants électroniques et les batteries en raison de son excellente conductivité thermique et électrique. Malgré de nombreuses années d’efforts, la technologie laser a du mal à traiter le cuivre en raison de ses propriétés.

Tout d’abord, le cuivre présente une réflectivité élevée, avec un taux de réflectivité de 90 % pour le laser infrarouge commun de 1 064 nm. Deuxièmement, l’excellente conductivité thermique du cuivre entraîne une dissipation rapide de la chaleur, ce qui rend difficile l’obtention de l’effet de traitement souhaité. Troisièmement, des lasers de plus haute puissance sont nécessaires pour le traitement, ce qui peut entraîner une déformation du cuivre. Même si le soudage est terminé, des défauts et des soudures incomplètes sont courants.

Après des années d’exploration, il a été découvert que les lasers à longueurs d’onde plus courtes, tels que les lasers verts et bleus, sont plus adaptés au soudage du cuivre. Cela a conduit au développement de la technologie laser verte et bleue.

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

En Chine, la puissance commerciale des lasers verts a atteint 500 watts, tandis qu'à l'international, elle atteint 3 000 watts. L’effet de soudage est particulièrement important dans les composants des batteries au lithium. Ces dernières années, le soudage laser vert du cuivre, en particulier dans le secteur des nouvelles énergies, est devenu un point fort.

Actuellement, une entreprise chinoise a développé avec succès un laser vert entièrement couplé à la fibre avec une puissance de sortie de 1 000 watts, élargissant considérablement les applications potentielles du soudage du cuivre. Le produit est bien accueilli sur le marché.

Au cours des trois dernières années, la nouvelle technologie laser bleu a attiré l’attention de l’industrie. Les lasers bleus, avec une longueur d’onde d’environ 450 nm, se situent entre les lasers ultraviolets et les lasers verts. L'absorption du laser bleu sur le cuivre est meilleure que celle du laser vert, réduisant la réflectivité à moins de 35 %.

Le soudage au laser bleu peut être utilisé à la fois pour le soudage par conduction thermique et le soudage par pénétration profonde, permettant ainsi d'obtenir “soudure sans projections” et réduire la porosité des soudures. Outre l’amélioration de la qualité, le soudage laser bleu du cuivre offre également des avantages de vitesse significatifs, étant au moins cinq fois plus rapide que le soudage laser infrarouge. L’effet obtenu avec un laser infrarouge de 3000 watts peut être obtenu avec un laser bleu de 500 watts, ce qui permet d’économiser considérablement de l’énergie et de l’électricité.

Fabricants de lasers qui développent des lasers bleus

Les principaux fabricants de lasers bleus sont Laserline, Nuburu, United Winners, BWT et Han's Laser. Actuellement, les lasers bleus adoptent la technologie des semi-conducteurs couplés à la fibre, qui présente un léger retard en termes de densité énergétique. Par conséquent, certaines entreprises ont développé le soudage composite à double faisceau pour obtenir de meilleurs effets de soudage du cuivre. Le soudage à double faisceau consiste à utiliser simultanément des faisceaux laser bleus et des faisceaux laser infrarouges pour le soudage du cuivre, avec des positions relatives soigneusement ajustées des deux points de faisceau pour résoudre les problèmes de réflectivité élevée tout en garantissant une densité énergétique suffisante.

La compréhension des propriétés des matériaux est essentielle lors de l’application ou du développement des technologies laser. Que l'on utilise des lasers bleus ou verts, les deux peuvent améliorer l'absorption des lasers par le cuivre, bien que les lasers bleus et verts de haute puissance soient actuellement coûteux. On estime qu’à mesure que les techniques de traitement mûriront et que les coûts opérationnels des lasers bleus ou verts diminueront de manière appropriée, la demande du marché augmentera véritablement.

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