Défis et solutions pour le soudage laser du cuivre

Le soudage laser est une technique de fabrication avancée qui offre précision et efficacité. Cependant, lorsqu’il s’agit du cuivre, ce processus se heurte à de nombreux défis en raison des propriétés inhérentes du métal. Le faible taux d’absorption du cuivre pour les lasers proche infrarouge à température ambiante, la conductivité thermique élevée et les taux d’absorption fluctuants présentent des obstacles importants. Dans cet article de blog, nous approfondirons les difficultés associées au soudage laser du cuivre, les défauts qui découlent de ces défis et les enseignements de LASERCHINE ingénieurs sur la façon de résoudre ces problèmes.

Conductivité thermique élevée et dissipation thermique rapide

La conductivité thermique exceptionnelle du cuivre, à 401 W/(m*K), facilite non seulement une dissipation rapide de la chaleur, mais complique également le processus de soudage au laser. Cela signifie que lorsqu'un faisceau laser est appliqué sur du cuivre, une grande partie de l'énergie est perdue à cause du refroidissement plutôt que de contribuer à la profondeur de soudage. Par exemple, avec une puissance absorbée de 1000 400 W, le cuivre peut dissiper 600 W, ne laissant que 920 W pour le soudage, contre XNUMX W pour l’acier. Pour atteindre une profondeur de fusion comparable, le cuivre nécessite plus du double de la puissance laser nécessaire pour l’aluminium et plus de cinq fois celle pour l’acier. Une conductivité thermique élevée entraîne une série de défauts de soudage, notamment un manque de fusion et un aspect rugueux au niveau macro, ainsi qu'une grande zone affectée thermiquement avec des performances dégradées au niveau micro. les ingénieurs suggèrent que si le préchauffage est souvent nécessaire pour les procédés de soudage à faible densité comme le soudage à l'arc, les procédés à haute densité comme le soudage au laser nécessitent une puissance encore plus élevée pour maintenir la stabilité.

Haute réflectivité et faible taux d'absorption

La réflectivité élevée du cuivre et son faible taux d’absorption de la lumière laser infrarouge constituent un autre obstacle. L'utilisation répandue de lasers à fibre, en particulier dans la plage de longueurs d'onde de 1030 1080 à 3 XNUMX nm, fait qu'environ XNUMX % seulement du laser incident est absorbé par le cuivre à température ambiante. Cette faible efficacité nécessite des lasers plus puissants pour un soudage efficace, ce qui exacerbe l'instabilité pendant le processus de soudage. Les stratégies pour surmonter ce problème incluent l’optimisation des paramètres du laser et l’exploration de différentes longueurs d’onde susceptibles d’interagir plus favorablement avec le cuivre.

Taux d'absorption variable

Le taux d’absorption du cuivre varie considérablement au cours du processus de soudage, ce qui complique encore davantage le soudage au laser. À température ambiante, le cuivre solide a un taux d'absorption initial d'environ 3 %, augmentant lentement jusqu'à environ 8 % à 1250 5 K, soit une augmentation de seulement 1250 %. Cependant, dans la plage de température étroite de 1350 15 à 330 160 K, le taux d'absorption grimpe jusqu'à environ XNUMX % et la conductivité thermique diminue fortement, passant de XNUMX W/(mK) à environ XNUMX W/(mK). Ce changement drastique entraîne une augmentation significative de l’accumulation de chaleur, entraînant des défauts tels que des projections et de la porosité. les ingénieurs soulignent l’importance du contrôle en temps réel pour gérer ces fluctuations et améliorer la qualité du soudage.

Conclusion

Le soudage laser du cuivre présente des défis distincts qui nécessitent des approches spécialisées pour garantir des assemblages de haute qualité. La conductivité thermique élevée, la réflectivité élevée et les fluctuations importantes des taux d'absorption nécessitent l'utilisation d'une puissance laser plus élevée et un contrôle minutieux des paramètres de soudage. En comprenant ces défis et en mettant en œuvre les solutions proposées par les ingénieurs, les fabricants peuvent surmonter les obstacles associés au soudage laser du cuivre et obtenir des résultats fiables et efficaces. À mesure que la technologie progresse, de nouvelles optimisations des équipements et techniques laser continueront d’améliorer les capacités de soudage du cuivre dans diverses applications industrielles.