Lasersvetsning av kopparmaterial: Blå laser VS grön laser

Lasersvetsning är en framväxande högeffektiv bearbetningsteknik. Laserbearbetningsprocessen är resultatet av interaktionen mellan en specifik energistråle och materialet. Material kategoriseras generellt i metaller och icke-metaller. Metallmaterial inkluderar stål, järn, koppar, aluminium och deras relaterade legeringar, medan icke-metalliska material inkluderar glas, trä, plast, tyg och spröda material. Lasertillverkning används inom många branscher, men hittills är dess tillämpning främst inom dessa materialkategorier.

Laserindustrin behöver stärka forskningen om materialegenskaper

I Kina drivs den snabba utvecklingen av laserindustrin av en stor efterfrågan på applikationer. De flesta tillverkare av laserutrustning fokuserar dock huvudsakligen på samspelet mellan laserstrålen och mekaniska komponenter, medan vissa överväger automatisering av utrustningen. Det saknas forskning om material, såsom att bestämma vilka strålparametrar som är lämpliga för olika material. Denna lucka i forskningen innebär att vissa företag utvecklar ny utrustning men inte kan utforska dess nya tillämpningar. Många laserföretag har optiska och mekaniska ingenjörer men få materialvetenskapliga ingenjörer, vilket belyser det akuta behovet av mer forskning om materialegenskaper.

Kopparns höga reflektivitet främjar utvecklingen av grön och blå laserteknik

Inom metallmaterial har laserbearbetning av stål och järn utforskats väl. Bearbetning av högreflekterande material, särskilt koppar och aluminium, utforskas dock fortfarande. Koppar används ofta i kablar, hushållsapparater, konsumentelektronik, elektrisk utrustning, elektroniska komponenter och batterier på grund av dess utmärkta värme- och elektriska ledningsförmåga. Trots många års ansträngningar har lasertekniken haft svårt att bearbeta koppar på grund av dess egenskaper.

För det första har koppar en hög reflektionsförmåga, med en reflektionsgrad på 90 % för den vanliga 1064 nm infraröda lasern. För det andra gör kopparns utmärkta värmeledningsförmåga att värmen avleds snabbt, vilket gör det svårt att uppnå önskad bearbetningseffekt. För det tredje krävs högre effektlasrar för bearbetning, vilket kan leda till koppardeformation. Även om svetsningen är klar är defekter och ofullständiga svetsar vanliga.

Efter åratal av forskning har man funnit att lasrar med kortare våglängder, såsom gröna och blå lasrar, är mer lämpade för svetsning av koppar. Detta har drivit utvecklingen av grön och blå laserteknik.

Att byta från infraröda lasrar till gröna lasrar med en våglängd på 532 nm minskar reflektionsförmågan avsevärt. 532 nm-våglängdslasern möjliggör kontinuerlig koppling av laserstrålen till kopparmaterialet, vilket stabiliserar svetsprocessen. Svetseffekten på koppar med en 532 nm laser är jämförbar med den för en 1064 nm laser på stål.

I Kina har den kommersiella effekten hos gröna lasrar nått 500 watt, medan den internationellt har nått 3000 watt. Svetseffekten är särskilt betydande i litiumbatterikomponenter. Under senare år har grön lasersvetsning av koppar, särskilt inom den nya energiindustrin, blivit en höjdpunkt.

För närvarande har ett kinesiskt företag framgångsrikt utvecklat en helt fiberkopplad grön laser med en uteffekt på 1000 watt, vilket avsevärt utökar de potentiella tillämpningarna för kopparsvetsning. Produkten är väl mottagen på marknaden.

Under de senaste tre åren har ny blå laserteknik fått industrins uppmärksamhet. Blå lasrar, med en våglängd på cirka 450 nm, faller mellan ultravioletta och gröna lasrar. Blå laserabsorption på koppar är bättre än grön laser, vilket minskar reflektiviteten till under 35 %.

Blå lasersvetsning kan användas för både värmeledningssvetsning och djupsvetsning, vilket uppnår “stänkfri svetsning” och minskar svetsporositeten. Förutom att förbättra kvaliteten erbjuder blå lasersvetsning av koppar också betydande hastighetsfördelar, då den är minst fem gånger snabbare än infraröd lasersvetsning. Effekten som uppnås med en 3000-watts infraröd laser kan uppnås med en 500-watts blå laser, vilket sparar energi och elektricitet avsevärt.

Lasertillverkare som utvecklar blå lasrar

Ledande tillverkare av blå lasrar inkluderar Laserline, Nuburu, United Winners, BWT och Han's Laser. För närvarande använder blå lasrar den fiberkopplade halvledartekniken, som släpar efter något i energitäthet. Därför har vissa företag utvecklat dubbelstrålesvetsning av kompositmaterial för att uppnå bättre kopparsvetsningseffekter. Dubbelstrålesvetsning innebär att blå laserstrålar och infraröda laserstrålar används samtidigt för kopparsvetsning, med noggrant justerade relativa positioner för de två strålfläckarna för att lösa problem med hög reflektivitet samtidigt som tillräcklig energitäthet säkerställs.

Att förstå materialegenskaper är avgörande när man tillämpar eller utvecklar laserteknik. Oavsett om man använder blå eller gröna lasrar kan båda förbättra kopparns absorption av lasrar, även om högeffektsblå och gröna lasrar för närvarande är dyra. Man tror att i takt med att bearbetningsteknikerna mognar och driftskostnaderna för blå eller gröna lasrar minskar i motsvarande grad, kommer marknadens efterfrågan att öka kraftigt.

Effektiv kylning för blå och gröna lasrar

Blå och gröna lasrar genererar avsevärd värme under drift, vilket kräver robusta kyllösningar. TEYU Chiller, en ledande kylaggregattillverkare  med 22 års erfarenhet erbjuder skräddarsydda kyllösningar för ett brett utbud av industriella och laserapplikationer. Vår CWFL-serie vattenkylare  är specifikt utformade för att erbjuda exakt och effektiv kylning för fiberlasersystem, inklusive de som används i blå och gröna laserprocesser. Genom att förstå de unika kylbehoven hos laserutrustning levererar vi kraftfulla och pålitliga kylaggregat för att förbättra produktiviteten och skydda utrustningen. 

TEYU Chiller är fortsatt engagerad i att ligga i framkant inom laserkylningsteknik. Vi övervakar kontinuerligt branschtrender och innovationer inom blå och gröna lasrar och driver tekniska framsteg för att främja ny produktivitet och accelerera produktionen av innovativa kylaggregat för att möta laserindustrins ständigt föränderliga kylbehov.