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铜激光焊接的挑战和解决方案
材料来源:激光焊接自动化           录入时间:2024/6/26 22:32:22

激光焊接是一种先进的制造技术,精度高、效率高。然而,对于铜来说,由于金属的固有特性,该工艺充满了挑战。铜在室温下对近红外激光的吸收率低、热导率高、吸收率波动,这些都是重大障碍。在这篇博文中,我们将深入探讨铜激光焊接的难点、这些挑战导致的缺陷。

高导热、散热快

铜具有极高的导热系数,高达401W/(m*K),这不仅有利于快速散热,也使激光焊接工艺变得复杂。这意味着当激光束照射到铜上时,大部分能量会因冷却而损失,而不是用于焊接深度。例如,在1000W的输入功率下,铜可能消耗400W,只剩下600W用于焊接,而钢则可以保留920W。要达到相当的熔深,铜所需的激光功率是铝的两倍多,是钢的五倍多。高导热系数会导致一系列焊接缺陷,包括宏观上的未熔合和外观粗糙,以及微观上的大热影响区和性能下降。虽然预热对于电弧焊等低密度焊接工艺通常是必要的,但像激光焊接这样的高密度工艺需要更高的功率来保持稳定性。

高反射率、低吸收率

铜对红外激光的高反射率和低吸收率是另一个障碍。光纤激光器的广泛使用,特别是在 1030-1080nm 波长范围内,导致室温下只有约 3% 的入射激光被铜吸收。这种低效率需要更高功率的激光器才能实现有效焊接,从而加剧了焊接过程中的不稳定性。克服这一问题的策略包括优化激光参数和探索可能与铜更有利地相互作用的不同波长。

可变吸收率

焊接过程中,铜的吸收率变化剧烈,这进一步增加了激光焊接的难度。室温下,固态铜的初始吸收率约为 3%,在 1250K 时缓慢增加到 8% 左右,仅增加了 5%。然而,在 1250-1350K 的狭窄温度范围内,吸收率跃升至约 15%,热导率从 330 W/(mK) 急剧下降到 160 W/(mK) 左右。这种剧烈的变化导致热量积累显著增加,从而导致飞溅和气孔等缺陷。

铜激光焊接存在着独特的挑战,需要专门的方法来确保高质量的连接。高热导率、高反射率和吸收率的显著波动需要使用更高的激光功率和严格控制焊接参数。通过了解这些挑战并实施 LASERCHINA 工程师提供的解决方案,制造商可以克服与铜激光焊接相关的障碍,并获得可靠、高效的结果。随着技术的进步,激光设备和工艺的进一步优化将继续提高铜焊接在各种工业应用中的能力。

文章来源:激光焊接自动化

注:文章版权归原作者所有,本文仅供交流学习之用,如涉及版权等问题,请您告知,我们将及时处理。


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