銅材料的激光加工市場淺析,從銅的激光切割與焊接等進行講解
發(fā)布時間:2021-09-18點擊:1811
激光加工是依靠光束輻射的熱能量與材料相互作用,實現(xiàn)了材料之間的瞬間氣化、***、熔融或改性等效果,達(dá)到人們所需要的工件加工要求的結(jié)果,稱之為激光制造或者激光加工。如今激光加工在我國迅速推廣開來,并已經(jīng)滲透到上百個行業(yè)的產(chǎn)線上。
激光加工已被證明***容易、***適合在金屬材料上應(yīng)用,粗略統(tǒng)計在當(dāng)前全球的所有激光加工應(yīng)用,金屬材料加工占據(jù)了超過85%的比重。但是,目前在金屬加工上,以普通鋼鐵材料加工占據(jù)大部分,鋼鐵材料應(yīng)用量無疑是***大,特別是不銹鋼、合金鋼已經(jīng)用于生活方方面面了。然而激光在其他金屬材料,如銅、鋁以及其他有色金屬的應(yīng)用量還是很少,銅與鋁合金是許多工業(yè)產(chǎn)品***開始的基礎(chǔ)材料,它具備優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)電率、傳熱性、抗腐蝕和耐磨性能。鋁合金具有很高強度,是實現(xiàn)輕量化的好材料,但本文重點談的是銅材料。
1.銅的激光切割與焊接
銅一直以來是一種身價不低的金屬材料,特別是今年以來國際大宗期貨鋼材、塑料、銅、鋁、紙板等價格紛紛上漲了不少。常見銅材料有純銅、黃銅、紫銅等多個種類,材料形狀包括棒、線、板、帶、條、管、箔等。其實銅是一種古老的金屬,現(xiàn)代出土了很多珍貴的數(shù)千年前的青銅器,因此銅材料的工藝、加工質(zhì)量提升,是一個非常重要的工作。激光加工銅材料將會是一個非常有前景的選擇。
銅板、銅片與銅管三種形狀應(yīng)該是***適用激光切割的,但是銅屬于高反射性材料,在古代還會用銅片做成鏡子,對激光束的吸收性較低,很多時候是低于30%,相當(dāng)于有70%的激光被反射,不僅造成能量損耗浪費,而且反射光還容易造成加工頭、鏡片、激光器等部件損壞。因此在以往較長一段時間銅都是激光切割一大挑戰(zhàn)。
CO2激光切割機可以較好地切割厚材料,也可以切割銅,但必須在銅片上涂一層石墨噴霧劑或氧化鎂,以防止反射而損壞設(shè)備。銅對光纖激光束吸收率很低,但廠商在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計上做了隔離裝置,***早是nLight推出了抗高反材料的光纖激光器,后來國內(nèi)的中科光匯、飛博等廠商都推出了抗高反的光纖激光器。一些做切割頭的企業(yè)也對加工頭做了防反射光的設(shè)計,這讓光纖激光器在銅片切割應(yīng)用打開了市場。如今采用3KW切割厚度10mm的銅板早已經(jīng)實現(xiàn)了。
相對于切割,銅材料的激光焊接難度更大了。焊接需要把基材實現(xiàn)熔融,通常會產(chǎn)生比切割功率更高或持續(xù)時間更長的光回返現(xiàn)象。銅的吸收率隨著波長的減小而增加,這意味著可見波段的激光器(例如,波長為532nm的綠光激光器)用于銅焊接將產(chǎn)生顯著的優(yōu)勢,國外較為流行采用綠光激光器焊接銅材料,但是綠光激光器受制于功率***。外國的通快已經(jīng)做到千瓦級綠光激光器,而國內(nèi)企業(yè)***高只做到百瓦級,差距明顯。
擺動焊接頭的出現(xiàn)讓光纖激光器適用于銅材料焊接,光纖激光功率、應(yīng)用、配套的成熟為銅材料焊接提供了保證。數(shù)千瓦的光纖激光器讓銅材料焊接應(yīng)用拓展了更多空間。近兩年藍(lán)光半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)于國產(chǎn)化,對銅焊接也是一個利好,藍(lán)光激光器波長大概在400-460nm,被銅材料吸收率可達(dá)70%,原來采用3KW光纖激光器焊接的銅片,如今采用藍(lán)光激光器可能1.5KW就足夠有余了。
2.銅材料應(yīng)用廣泛,將帶動激光加工需求
銅是非常好的導(dǎo)電材料,因此在電力、線纜、電機、開關(guān)、印制電路板、電容器、通信器件,電信基站等有大量的應(yīng)用。銅有著很好的導(dǎo)熱性,在熱交換器、制冷設(shè)備、家電、管道等有著廣泛的應(yīng)用。另外,銅在電池行業(yè)應(yīng)用很多,特別是近幾年電池封裝、動力電池的電芯逐漸采用了激光焊接技術(shù)。銅在電氣、電子工業(yè)中應(yīng)用***廣、用量***大,占總消費量一半以上。隨著激光工藝的逐漸成熟,同時在銅材料相關(guān)部件使用激光加工,未來預(yù)估銅材料的激光加工會為激光設(shè)備帶來超過百億元的設(shè)備需求,成為激光產(chǎn)業(yè)一個新的增長點。
來源:網(wǎng)絡(luò)整理