Spawanie laserowe materiałów miedzianych: laser niebieski kontra laser zielony

Spawanie laserowe to rozwijająca się, wysokowydajna technika obróbki. Proces obróbki laserowej jest wynikiem interakcji między określoną wiązką energii a materiałem. Materiały generalnie dzieli się na metale i niemetale. Materiały metalowe obejmują stal, żelazo, miedź, aluminium i ich stopy, natomiast materiały niemetaliczne obejmują szkło, drewno, tworzywa sztuczne, tkaniny i materiały kruche. Produkcja laserowa jest stosowana w wielu gałęziach przemysłu, ale jak dotąd jej zastosowanie ogranicza się głównie do tych kategorii materiałów.

Branża laserowa musi wzmocnić badania nad właściwościami materiałów

W Chinach szybki rozwój przemysłu laserowego jest napędzany dużym popytem na nowe zastosowania. Jednak większość producentów urządzeń laserowych koncentruje się głównie na interakcji między wiązką laserową a elementami mechanicznymi, a niektórzy rozważają automatyzację urządzeń. Brakuje badań materiałowych, takich jak określenie parametrów wiązki odpowiednich dla różnych materiałów. Ta luka w badaniach oznacza, że ​​niektóre firmy opracowują nowe urządzenia, ale nie mogą badać ich nowych zastosowań. Wiele firm produkujących lasery zatrudnia inżynierów optycznych i mechanicznych, ale niewielu inżynierów materiałoznawstwa, co podkreśla pilną potrzebę dalszych badań nad właściwościami materiałów.

Wysoka refleksyjność miedzi sprzyja rozwojowi technologii laserów zielonych i niebieskich

W materiałach metalowych laserowa obróbka stali i żelaza została dobrze zbadana. Jednak obróbka materiałów o wysokim współczynniku odbicia światła, zwłaszcza miedzi i aluminium, wciąż jest przedmiotem badań. Miedź jest szeroko stosowana w kablach, sprzęcie AGD, elektronice użytkowej, sprzęcie elektrycznym, podzespołach elektronicznych i bateriach ze względu na doskonałą przewodność cieplną i elektryczną. Pomimo wieloletnich wysiłków, technologia laserowa ma trudności z obróbką miedzi ze względu na jej właściwości.

Po pierwsze, miedź charakteryzuje się wysokim współczynnikiem odbicia, sięgającym 90% dla powszechnie stosowanego lasera podczerwonego o długości fali 1064 nm. Po drugie, doskonała przewodność cieplna miedzi powoduje szybkie rozpraszanie ciepła, co utrudnia uzyskanie pożądanego efektu obróbki. Po trzecie, do obróbki wymagane są lasery o większej mocy, co może prowadzić do odkształceń miedzi. Nawet po zakończeniu spawania, wady i niekompletne spoiny są powszechne.

Po latach badań odkryto, że lasery o krótszej długości fali, takie jak lasery zielone i niebieskie, są bardziej odpowiednie do spawania miedzi. To z kolei przyczyniło się do rozwoju technologii laserów zielonych i niebieskich.

Przejście z laserów podczerwonych na lasery zielone o długości fali 532 nm znacząco zmniejsza współczynnik odbicia. Laser o długości fali 532 nm umożliwia ciągłe sprzężenie wiązki laserowej z materiałem miedzianym, stabilizując proces spawania. Efekt spawania miedzi laserem o długości fali 532 nm jest porównywalny z efektem spawania stali laserem o długości fali 1064 nm.

W Chinach komercyjna moc zielonych laserów osiągnęła 500 watów, podczas gdy na świecie sięga 3000 watów. Efekt spawania jest szczególnie istotny w przypadku komponentów akumulatorów litowych. W ostatnich latach spawanie miedzi zielonym laserem, zwłaszcza w sektorze nowych źródeł energii, stało się niezwykle popularne.

Obecnie chińskiej firmie udało się opracować w pełni sprzężony światłowodowo zielony laser o mocy wyjściowej 1000 watów, co znacznie rozszerza potencjalne zastosowania w spawaniu miedzi. Produkt cieszy się dużym uznaniem na rynku.

W ciągu ostatnich trzech lat nowa technologia niebieskiego lasera zyskała zainteresowanie branży. Niebieskie lasery, o długości fali około 450 nm, plasują się pomiędzy laserami ultrafioletowymi a zielonymi. Absorpcja niebieskiego lasera na miedzi jest lepsza niż w przypadku lasera zielonego, co zmniejsza współczynnik odbicia do poniżej 35%.

Spawanie niebieskim laserem może być stosowane zarówno do spawania z przewodzeniem ciepła, jak i spawania z głębokim wtopieniem, zapewniając „spawanie bez odprysków” i redukując porowatość spoiny. Oprócz poprawy jakości, spawanie miedzi niebieskim laserem oferuje również znaczną oszczędność energii, będąc co najmniej pięciokrotnie szybsze niż spawanie laserem podczerwonym. Efekt osiągany przy użyciu lasera podczerwonego o mocy 3000 W można uzyskać przy użyciu niebieskiego lasera o mocy 500 W, co pozwala na znaczną oszczędność energii i prądu.

Producenci laserów opracowujący niebieskie lasery

Do czołowych producentów laserów niebieskich należą Laserline, Nuburu, United Winners, BWT i Han's Laser. Obecnie lasery niebieskie wykorzystują technologię półprzewodników sprzężonych światłowodowo, która charakteryzuje się niewielką gęstością energii. Dlatego niektóre firmy opracowały spawanie kompozytów dwuwiązkową wiązką, aby uzyskać lepsze efekty spawania miedzi. Spawanie dwuwiązkowe polega na jednoczesnym użyciu wiązek lasera niebieskiego i podczerwonego do spawania miedzi, z precyzyjnie dobranym położeniem obu punktów wiązek względem siebie, aby rozwiązać problem wysokiego współczynnika odbicia, zapewniając jednocześnie wystarczającą gęstość energii.

Zrozumienie właściwości materiałów ma kluczowe znaczenie przy stosowaniu lub rozwijaniu technologii laserowych. Zarówno niebieskie, jak i zielone lasery mogą zwiększyć absorpcję miedzi, choć obecnie lasery niebieskie i zielone dużej mocy są drogie. Uważa się, że wraz z rozwojem technik przetwarzania i odpowiednim spadkiem kosztów operacyjnych laserów niebieskich i zielonych, popyt rynkowy rzeczywiście wzrośnie.

Wydajne chłodzenie laserów niebieskich i zielonych

Lasery niebieskie i zielone generują znaczną ilość ciepła podczas pracy, co wymaga solidnych rozwiązań chłodzących. TEYU Chiller, wiodący producent agregatów chłodniczych z 22-letnim doświadczeniem, oferuje rozwiązania chłodzące dostosowane do szerokiego zakresu zastosowań przemysłowych i laserowych. Nasze agregaty wody lodowej serii CWFL zostały zaprojektowane specjalnie z myślą o precyzyjnym i wydajnym chłodzeniu systemów laserów światłowodowych, w tym tych stosowanych w procesach wykorzystujących lasery niebieskie i zielone. Rozumiejąc specyficzne wymagania dotyczące chłodzenia urządzeń laserowych, dostarczamy wydajne i niezawodne agregaty chłodnicze, które zwiększają wydajność i zabezpieczają urządzenia.

TEYU Chiller niezmiennie dąży do utrzymania pozycji lidera w dziedzinie technologii chłodzenia laserowego. Stale monitorujemy trendy i innowacje branżowe w zakresie laserów niebieskich i zielonych, napędzając rozwój technologiczny w celu zwiększenia produktywności i przyspieszenia produkcji innowacyjnych agregatów chłodniczych, aby sprostać zmieniającym się wymaganiom branży laserowej w zakresie chłodzenia.