Il laser blu, come nuova direzione nel campo dei laser a semiconduttore, ha migliorato significativamente il tasso di assorbimento dei materiali metallici colorati come rame, oro e alluminio da diverse a decine di volte rispetto ai laser con lunghezza d'onda del vicino infrarosso. Con la crescente domanda di produzione laser di alta qualità nel settore, le sorgenti di luce blu ad alte prestazioni vengono gradualmente applicate nei campi della formatura dei materiali come saldatura, trattamento termico e produzione additiva con ampie prospettive di mercato. Questo articolo analizza i vantaggi dei laser blu ad alta potenza e luminosità nel campo della lavorazione dei materiali, riassume la storia dello sviluppo dei laser blu a semiconduttore e le loro attuali applicazioni nei campi della lavorazione dei metalli e avanza alcune riflessioni sulla futura direzione di sviluppo di laser blu ad alta potenza.
Il laser a semiconduttore è un tipo di dispositivo di conversione elettro-ottico, che ha raggiunto un rapido sviluppo e risultati fruttuosi negli ultimi 50 anni e ha un'ampia penetrazione e applicazione nella ricerca scientifica e nella tecnologia ingegneristica. Utilizza il materiale semiconduttore come mezzo di guadagno, attraverso il principio degli elettroni nella transizione tra i livelli energetici della luce, l'uso della cavità risonante composta da cristalli semiconduttori e specchi paralleli, sotto l'iniezione elettrica per ottenere oscillazione della luce, feedback, e infine produrre l'amplificazione della radiazione luminosa, in modo da ottenere l'uscita del laser.
Come nuova direzione nel campo dei laser a semiconduttore, il laser blu ha sviluppato rapidamente molte applicazioni negli ultimi anni. Tra questi, grazie ai vantaggi unici del segmento a onde corte da 450 nm, rispetto ai laser con lunghezza d'onda del vicino infrarosso, il tasso di assorbimento dei materiali non ferrosi (in particolare rame e oro) è stato aumentato da diverse volte a decine di volte. La sorgente di luce blu ad alte prestazioni fornisce una nuova tecnologia per la lavorazione laser di alta qualità di materiali metallici non ferrosi come rame e oro, e rende inoltre questa tecnologia ampiamente utilizzata nell'economia nazionale e nei campi della difesa militare come la lavorazione dei materiali, elettronica di consumo, automobili e nuova energia, ha ampie prospettive di mercato ed è diventata la vetta della concorrenza internazionale nel campo del laser. Numerose unità di ricerca e imprese nazionali stanno lavorando su chip laser a semiconduttore a raggi blu basati su GaN.
Caratteristiche di saldatura del laser blu per campi non ferrosi
La tecnologia di saldatura laser in rame riflette al meglio i vantaggi del laser blu nel campo della saldatura. Poiché il tasso di assorbimento del rame nel laser nel vicino infrarosso è molto basso, il tasso di assorbimento fluttua notevolmente e il rame stesso ha una buona conduttività termica, è facile che si verifichino scarsa formazione di saldature, facile deformazione, crepe calde, spruzzi, porosità e altri difetti di saldatura durante la saldatura laser. Una svolta nella tecnologia di saldatura laser del rame rosso è stata ottenuta utilizzando l'elevato tasso di assorbimento del rame rosso nel laser blu. Nel processo di saldatura, l'energia può essere rapidamente convertita in energia termica, con conseguente fusione della superficie del rame e formazione di un bagno di fusione, quindi il calore viene trasferito all'interno del pezzo attraverso la conduzione termica, in modo da ottenere l'effetto di saldatura senza spruzzi e porosità.
Il sistema di saldatura laser blu utilizza il laser blu Kaplin come sorgente luminosa, dotato di testa di saldatura focalizzata collimata, testa di saldatura composita in fibra blu e tavolo, che può realizzare una varietà di metodi di saldatura continua e a impulsi. Il sistema offre buone prestazioni nella saldatura di testa e di testa, in particolare per la saldatura di materiali altamente riflettenti come rame, oro, acciaio inossidabile e leghe.
L'uso del gas He (o Ar) come atmosfera protettiva nel processo di saldatura verifica il processo di saldatura con diverse portate, velocità di saldatura, potenza e defocalizzazione. Il laser blu non solo può eseguire la saldatura multistrato di un foglio di rame con uno spessore di 20μm, ma può anche raggiungere 0,3 mm, 0,6 mm e altri diversi spessori di saldatura di testa in rame. Durante il processo di saldatura, la superficie della saldatura è stabile, senza schizzi e la superficie è liscia; Al microscopio 40X non sono stati trovati pori all'interno della saldatura. Oltre alla saldatura di rame laminato e di testa, nella nuova forcina per elettrodi energetici, nella saldatura con perni in bronzo al berillio con chip elettronico, il laser blu ha eccellenti prestazioni di saldatura. Considerando che la luce blu non può raggiungere una saldatura a penetrazione profonda e che il punto luminoso è grande, esploriamo l'applicazione composita della luce blu e della luce rossa. La luce rossa può raggiungere un diametro del nucleo piccolo e un'elevata potenza per migliorare la profondità di penetrazione, mentre la luce blu utilizza l'elevato tasso di assorbimento del rame per sciogliere rapidamente il materiale migliorando al tempo stesso il tasso di assorbimento della luce rossa. Inoltre, il grande punto di luce blu può anche espandere il bagno di fusione e ritardare la solidificazione del bagno di fusione, ottenendo così in una certa misura pochi spruzzi, bassa porosità e saldatura di alta qualità.
Il laser blu presenta anche alcuni vantaggi nella saldatura dell’acciaio inossidabile. A causa dell'elevato tasso di assorbimento della luce blu nell'acciaio inossidabile, il laser blu può convertire efficacemente l'energia in calore, sciogliere rapidamente la superficie dell'acciaio inossidabile e ottenere saldature di alta qualità. Allo stesso tempo, il laser blu ha una densità di energia più elevata e una zona influenzata dal calore più piccola, che aiuta a ridurre la deformazione termica e l'ossidazione dell'area di saldatura, migliorando così la qualità della saldatura.
Per la saldatura di materiali compositi in alluminio e rame-alluminio, anche il laser blu ha una certa applicabilità. I materiali in alluminio hanno un tasso di assorbimento della luce blu relativamente basso, ma con la giusta densità di potenza e forma del punto, il laser blu può anche ottenere una saldatura efficace dei materiali in alluminio. Inoltre, la combinazione di laser a luce blu e a luce rossa può essere considerata un’applicazione composita per migliorare l’effetto di saldatura sui materiali in alluminio per superare la limitazione del basso assorbimento della luce blu dei materiali in alluminio [3]. Considerando le caratteristiche del materiale e quelle del laser, è possibile progettare uno schema laser blu adatto alla saldatura dell'alluminio per soddisfare le esigenze di diversi scenari applicativi.
Inoltre, la luce blu offre anche una nuova possibilità per la saldatura composita rame-alluminio, a causa dell'elevata temperatura della saldatura laser a infrarossi, che si traduce in un gran numero di composti intermetallici fragili quando composito rame-alluminio, applicazione composita di luce blu e luce rossa il laser può anche svolgere un ruolo nella saldatura di materiali compositi rame-alluminio per migliorare la qualità e l'efficienza della saldatura.
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