銅材料的雷射焊接：藍光雷射與綠光雷射對比

雷射焊接是一種新興的高效加工技術。雷射加工過程是特定能量光束與材料相互作用的結果。材料通常分為金屬和非金屬。金屬材料包括鋼、鐵、銅、鋁及其相關合金，而非金屬材料包括玻璃、木材、塑膠、織物和脆性材料。雷射製造已應用於許多行業，但迄今為止，其應用主要集中在上述材料類別中。

雷射產業需要加強材料性能的研究

在中國，雷射產業的快速發展主要受龐大應用需求的驅動。然而，大多數雷射設備製造商主要關注雷射光束與機械部件的相互作用，部分製造商僅考慮設備自動化。在材料研究方面，例如確定適用於不同材料的光束參數，則相對缺乏。這種研究空白導致一些公司開發出新設備，卻無法探索其新的應用。許多雷射公司擁有光學和機械工程師，但材料科學工程師卻寥寥無幾，凸顯了加強材料特性研究的緊迫感。

銅的高反射率促進了綠色和藍色雷射技術的發展。

在金屬材料領域，雷射加工鋼鐵已經得到了廣泛的研究。然而，雷射加工高反射率材料，特別是銅和鋁，仍處於探索階段。銅因其優異的導熱性和導電性而被廣泛應用於電纜、家用電器、消費性電子產品、電氣設備、電子元件和電池等領域。儘管多年來人們為此付出了許多努力，但由於銅的特性，雷射加工銅仍然面臨許多挑戰。

首先，銅的反射率很高，對於常見的1064奈米紅外線激光，其反射率高達90%。其次，銅優異的導熱性導致熱量迅速散失，難以達到預期的加工效果。第三，加工需要更高功率的激光，這可能導致銅變形。即使焊接完成，也常常會出現缺陷和焊接不完整。

經過多年的探索，人們發現波長較短的激光，例如綠光和藍光激光，更適合用於銅焊接。這推動了綠光和藍光雷射技術的發展。

將紅外線雷射切換為波長為 532 nm 的綠光雷射可顯著降低反射率。 532 nm 波長的雷射能夠使雷射光束持續耦合到銅材料上，從而穩定焊接過程。 532 nm 雷射在銅上的焊接效果與 1064 nm 雷射在鋼上的焊接效果相當。

在中國，商用綠光雷射的功率已達500瓦，而國際上則已達3000瓦。其焊接效果在鋰電池零件中特別顯著。近年來，綠光雷射焊接銅材，尤其是在新能源產業中，已成為研究熱點。

目前，一家中國公司成功研發出功率為1000瓦的全光纖耦合綠光雷射器，大大拓展了其在銅焊領域的應用潛力。該產品在市場上廣受好評。

近三年來，新型藍光雷射技術引起了業界的廣泛關注。藍光雷射的波長約為450奈米，介於紫外線雷射和綠光雷射之間。藍光雷射在銅上的吸收率優於綠光激光，可將反射率降低至35%以下。

藍光雷射焊接可用於熱傳導焊接和深熔焊接，實現「無飛濺焊接」並減少焊縫氣孔。除了提高焊接品質外，藍光雷射焊接銅材還具有顯著的速度優勢，其速度至少是紅外線雷射焊接的五倍。 3000瓦紅外線雷射所能達到的效果，500瓦藍光雷射即可實現，從而顯著節省能源和電力。

開發藍光雷射的雷射製造商

藍光雷射的主要生產商包括 Laserline、Nuburu、United Winners、BWT 和 Han's Laser。目前，藍光雷射主要採用光纖耦合半導體技術，能量密度略為不足。因此，一些公司開發了雙光束複合焊接技術，以獲得更好的銅焊接效果。雙光束焊接是指同時使用藍光雷射光束和紅外線雷射光束進行銅焊接，透過精確調整兩束光斑的相對位置，在確保足夠能量密度的同時，解決高反射率問題。

在應用或開發雷射技術時，了解材料特性至關重要。無論是使用藍光雷射或綠光雷射，都能增強銅對雷射的吸收，但目前高功率藍光和綠光雷射的成本較高。人們相信，隨著加工技術的成熟以及藍光或綠光雷射器運行成本的相應降低，市場需求將真正激增。

藍光和綠光雷射的高效冷卻

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