Soldagem a laser de materiais de cobre: ​​laser azul versus laser verde

A soldagem a laser é uma técnica de processamento emergente de alta eficiência. O processo de usinagem a laser resulta da interação entre um feixe específico de energia e o material. Os materiais são geralmente categorizados em metais e não metais. Os materiais metálicos incluem aço, ferro, cobre, alumínio e suas ligas, enquanto os materiais não metálicos incluem vidro, madeira, plástico, tecido e materiais frágeis. A fabricação a laser é aplicada em diversos setores industriais, mas até o momento, sua aplicação se restringe principalmente a essas categorias de materiais.

A indústria de lasers precisa fortalecer a pesquisa sobre as propriedades dos materiais.

Na China, o rápido desenvolvimento da indústria de lasers é impulsionado pela grande demanda por aplicações. No entanto, a maioria dos fabricantes de equipamentos a laser concentra-se principalmente na interação entre o feixe de laser e os componentes mecânicos, com alguns considerando a automação dos equipamentos. Há uma carência de pesquisas sobre materiais, como a determinação dos parâmetros do feixe mais adequados para diferentes materiais. Essa lacuna na pesquisa significa que algumas empresas desenvolvem novos equipamentos, mas não conseguem explorar suas novas aplicações. Muitas empresas de laser contam com engenheiros ópticos e mecânicos, mas poucos engenheiros de ciência dos materiais, o que evidencia a necessidade urgente de mais pesquisas sobre as propriedades dos materiais.

A alta refletividade do cobre impulsiona o desenvolvimento da tecnologia de laser verde e azul.

Em materiais metálicos, o processamento a laser de aço e ferro já foi bastante explorado. No entanto, o processamento de materiais com alta refletividade, especialmente cobre e alumínio, ainda está em fase de investigação. O cobre é amplamente utilizado em cabos, eletrodomésticos, eletrônicos de consumo, equipamentos elétricos, componentes eletrônicos e baterias devido à sua excelente condutividade térmica e elétrica. Apesar de muitos anos de esforços, a tecnologia laser tem enfrentado dificuldades para processar cobre devido às suas propriedades.

Primeiramente, o cobre possui alta refletividade, com uma taxa de 90% para o laser infravermelho comum de 1064 nm. Em segundo lugar, a excelente condutividade térmica do cobre faz com que o calor se dissipe rapidamente, dificultando a obtenção do efeito de processamento desejado. Em terceiro lugar, são necessários lasers de alta potência para o processamento, o que pode levar à deformação do cobre. Mesmo após a soldagem ser concluída, defeitos e soldas incompletas são comuns.

Após anos de pesquisa, descobriu-se que lasers com comprimentos de onda mais curtos, como os lasers verdes e azuis, são mais adequados para soldar cobre. Isso impulsionou o desenvolvimento da tecnologia de lasers verdes e azuis.

A substituição de lasers infravermelhos por lasers verdes com comprimento de onda de 532 nm reduz significativamente a refletividade. O laser de 532 nm permite o acoplamento contínuo do feixe de laser ao material de cobre, estabilizando o processo de soldagem. O efeito da soldagem em cobre com um laser de 532 nm é comparável ao de um laser de 1064 nm em aço.

Na China, a potência comercial dos lasers verdes atingiu 500 watts, enquanto internacionalmente já chega a 3000 watts. O efeito de soldagem é particularmente significativo em componentes de baterias de lítio. Nos últimos anos, a soldagem a laser verde de cobre, especialmente na indústria de novas energias, tornou-se um destaque.

Atualmente, uma empresa chinesa desenvolveu com sucesso um laser verde totalmente acoplado por fibra óptica com potência de saída de 1000 watts, ampliando consideravelmente as aplicações potenciais para soldagem de cobre. O produto tem sido bem recebido no mercado.

Nos últimos três anos, a nova tecnologia de laser azul tem atraído a atenção da indústria. Os lasers azuis, com um comprimento de onda em torno de 450 nm, situam-se entre os lasers ultravioleta e os lasers verdes. A absorção do laser azul no cobre é melhor do que a do laser verde, reduzindo a refletividade para menos de 35%.

A soldagem a laser azul pode ser usada tanto para soldagem por condução térmica quanto para soldagem de penetração profunda, resultando em uma soldagem sem respingos e reduzindo a porosidade da solda. Além de melhorar a qualidade, a soldagem a laser azul em cobre também oferece vantagens significativas em termos de velocidade, sendo pelo menos cinco vezes mais rápida do que a soldagem a laser infravermelho. O efeito obtido com um laser infravermelho de 3000 watts pode ser alcançado com um laser azul de 500 watts, economizando significativamente energia e eletricidade.

Fabricantes de lasers que desenvolvem lasers azuis

Entre os principais fabricantes de lasers azuis estão a Laserline, Nuburu, United Winners, BWT e Han's Laser. Atualmente, os lasers azuis utilizam a tecnologia de semicondutores acoplados por fibra, que apresenta uma densidade de energia ligeiramente inferior. Por isso, algumas empresas desenvolveram a soldagem composta por feixe duplo para obter melhores resultados na soldagem de cobre. A soldagem por feixe duplo consiste no uso simultâneo de feixes de laser azul e infravermelho para a soldagem de cobre, com o ajuste preciso da posição relativa dos dois feixes para solucionar problemas de alta refletividade, garantindo, ao mesmo tempo, densidade de energia suficiente.

Compreender as propriedades dos materiais é crucial na aplicação ou desenvolvimento de tecnologias a laser. Sejam lasers azuis ou verdes, ambos podem aumentar a absorção de laser pelo cobre, embora lasers azuis e verdes de alta potência sejam atualmente caros. Acredita-se que, à medida que as técnicas de processamento amadurecerem e os custos operacionais dos lasers azuis ou verdes diminuírem adequadamente, a demanda de mercado aumentará consideravelmente.

Resfriamento eficiente para lasers azuis e verdes

Os lasers azuis e verdes geram calor significativo durante a operação, exigindo soluções de refrigeração robustas. A Chiller, fabricante líder de chillers com 22 anos de experiência, fornece soluções de refrigeração personalizadas para uma ampla gama de aplicações industriais e a laser. Nossos chillers de água da série CWFL são projetados especificamente para oferecer refrigeração precisa e eficiente para sistemas de laser de fibra , incluindo aqueles empregados em processos com lasers azuis e verdes. Compreendendo as demandas exclusivas de refrigeração dos equipamentos a laser, fornecemos chillers potentes e confiáveis ​​para aumentar a produtividade e proteger os equipamentos.

A Chiller mantém o compromisso de estar na vanguarda da tecnologia de resfriamento a laser. Monitoramos continuamente as tendências e inovações do setor em lasers azuis e verdes, impulsionando avanços tecnológicos para fomentar a produtividade e acelerar a produção de chillers inovadores que atendam às crescentes necessidades de resfriamento da indústria de lasers.