Soldagem a laser de materiais de cobre: ​​laser azul vs. laser verde

A soldagem a laser é uma técnica de processamento emergente de alta eficiência. O processo de usinagem a laser é o resultado 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 relacionadas, enquanto os materiais não metálicos incluem vidro, madeira, plástico, tecido e materiais frágeis. A fabricação a laser é aplicada em muitos setores, mas, até o momento, sua aplicação se concentra principalmente nessas categorias de materiais.

A indústria do laser precisa fortalecer a pesquisa sobre propriedades dos materiais

Na China, o rápido desenvolvimento da indústria de laser é impulsionado por uma grande demanda por aplicações. No entanto, a maioria dos fabricantes de equipamentos de laser concentra-se principalmente na interação entre o feixe de laser e componentes mecânicos, com alguns considerando a automação do equipamento. Há uma escassez de pesquisas sobre materiais, como a determinação de quais parâmetros do feixe são 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 têm engenheiros ópticos e mecânicos, mas poucos engenheiros de ciência dos materiais, destacando a necessidade urgente de mais pesquisas sobre as propriedades dos materiais.

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

Em materiais metálicos, o processamento a laser de aço e ferro tem sido bem explorado. No entanto, o processamento de materiais de alta refletividade, especialmente cobre e alumínio, ainda está em desenvolvimento. 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 a laser tem enfrentado dificuldades para processar o cobre devido às suas propriedades.

Em primeiro lugar, o cobre possui alta refletividade, com uma taxa de refletividade 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, lasers de maior potência são necessários 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 verde e azul, são mais adequados para soldar cobre. Isso impulsionou o desenvolvimento da tecnologia de laser verde e azul.

A troca de lasers infravermelhos por lasers verdes com comprimento de onda de 532 nm reduz significativamente a refletividade. O laser com comprimento de onda de 532 nm permite o acoplamento contínuo do feixe de laser ao material de cobre, estabilizando o processo de soldagem. O efeito da soldagem no cobre com um laser de 532 nm é comparável ao de um laser de 1064 nm no aço.

Na China, a potência comercial dos lasers verdes atingiu 500 watts, enquanto internacionalmente atingiu 3.000 watts. O efeito da soldagem é particularmente significativo em componentes de baterias de lítio. Nos últimos anos, a soldagem a laser verde de cobre, especialmente na nova indústria de energia, tornou-se um destaque.

Atualmente, uma empresa chinesa desenvolveu com sucesso um laser verde totalmente acoplado à fibra óptica com potência de 1000 watts, expandindo significativamente o potencial de aplicação na soldagem de cobre. O produto tem sido bem recebido no mercado.

Nos últimos três anos, a nova tecnologia de laser azul ganhou destaque na indústria. Os lasers azuis, com comprimento de onda de cerca de 450 nm, situam-se entre os lasers ultravioleta e verde. 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, proporcionando uma soldagem sem respingos e reduzindo a porosidade da solda. Além de melhorar a qualidade, a soldagem a laser azul de 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 laser que desenvolvem lasers azuis

Os principais fabricantes de lasers azuis incluem Laserline, Nuburu, United Winners, BWT e Han's Laser. Atualmente, os lasers azuis adotam a tecnologia de semicondutores acoplados a fibra, que apresenta um ligeiro atraso em densidade de energia. Por isso, algumas empresas desenvolveram a soldagem composta de feixe duplo para obter melhores resultados na soldagem de cobre. A soldagem de feixe duplo envolve o uso simultâneo de feixes de laser azul e infravermelho para soldagem de cobre, com posições relativas cuidadosamente ajustadas dos dois pontos de feixe para solucionar problemas de alta refletividade e, ao mesmo tempo, garantir densidade de energia suficiente.

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

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