Проблемы и решения лазерной сварки меди

Лазерная сварка — это передовая технология производства, обеспечивающая точность и эффективность. Однако, когда дело доходит до меди, этот процесс сопряжен с проблемами из-за присущих металлу свойств. Низкая скорость поглощения меди для лазеров ближнего инфракрасного диапазона при комнатной температуре, высокая теплопроводность и колебания скорости поглощения представляют собой серьезные препятствия. В этом сообщении блога мы углубимся в трудности, связанные с лазерной сваркой меди, дефекты, возникающие в результате этих проблем, а также идеи, полученные ЛАЗЕРЧИНА инженеры о том, как решать эти проблемы.

Высокая теплопроводность и быстрое рассеивание тепла

Исключительная теплопроводность меди (401 Вт/(м*К) не только способствует быстрому отводу тепла, но и усложняет процесс лазерной сварки. Это означает, что когда лазерный луч воздействует на медь, большая часть энергии теряется на охлаждение, а не на глубину сварки. Например, при входной мощности 1000 Вт медь может рассеивать 400 Вт, оставляя на сварку только 600 Вт, тогда как сталь сохраняет 920 Вт. Для достижения сопоставимой глубины плавления меди требуется более чем в два раза больше мощности лазера, необходимой для алюминия, и более чем в пять раз больше, чем для стали. Высокая теплопроводность приводит к ряду дефектов сварки, включая непровар и шероховатость на макроуровне, а также большую зону термического влияния с ухудшением характеристик на микроуровне. Инженеры предполагают, что, хотя предварительный нагрев часто необходим для процессов сварки с низкой плотностью, таких как дуговая сварка, процессы с высокой плотностью, такие как лазерная сварка, требуют еще большей мощности для поддержания стабильности.

Высокая отражательная способность и низкая скорость поглощения

Высокая отражательная способность меди и низкая скорость поглощения инфракрасного лазерного света представляют собой еще одно препятствие. Преобладающее использование волоконных лазеров, особенно в диапазоне длин волн 1030–1080 нм, приводит к тому, что только около 3% падающего лазера поглощается медью при комнатной температуре. Эта низкая эффективность требует использования более мощных лазеров для эффективной сварки, что усугубляет нестабильность во время сварочного процесса. Стратегии преодоления этой проблемы включают оптимизацию параметров лазера и исследование различных длин волн, которые могут более благоприятно взаимодействовать с медью.

Переменная скорость поглощения

Скорость поглощения меди резко меняется в процессе сварки, что еще больше усложняет лазерную сварку. При комнатной температуре твердая медь имеет первоначальную скорость поглощения около 3%, которая медленно увеличивается примерно до 8% при 1250 К — увеличение всего на 5%. Однако в узком диапазоне температур 1250–1350 К скорость поглощения подскакивает примерно до 15 %, а теплопроводность резко снижается с 330 Вт/(мК) до примерно 160 Вт/(мК). Это резкое изменение приводит к значительному увеличению накопления тепла, что приводит к таким дефектам, как разбрызгивание и пористость. инженеры подчеркивают важность контроля в реальном времени для управления этими колебаниями и улучшения качества сварки.

Заключение

Лазерная сварка меди представляет собой определенные проблемы, которые требуют специальных подходов для обеспечения высококачественных соединений. Высокая теплопроводность, высокая отражательная способность и значительные колебания скорости поглощения требуют использования более высокой мощности лазера и тщательного контроля параметров сварки. Понимая эти проблемы и внедряя решения, предложенные инженерами, производители могут преодолеть препятствия, связанные с лазерной сваркой меди, и добиться надежных и эффективных результатов. По мере развития технологий дальнейшая оптимизация лазерного оборудования и методов будет продолжать расширять возможности сварки меди в различных промышленных применениях.