激光加工已被證明最容易、最適合在金屬材料上應(yīng)用，粗略統(tǒng)計(jì)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)用量無疑是最大，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)品最開始的基礎(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(qiáng)度，是實(shí)現(xiàn)輕量化的好材料，但本文重點(diǎn)談的是銅材料。
銅的激光切割與焊接
銅一直以來是一種身價(jià)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(jià)格紛紛上漲了不少。常見銅材料有純銅、黃銅、紫銅等多個(gè)種類，材料形狀包括棒、線、板、帶、條、管、箔等。其實(shí)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(gè)非常重要的工作。激光加工銅材料將會(huì)是一個(gè)非常有前景的選擇。
銅板、銅片與銅管三種形狀應(yīng)該是最適用激光切割的，但是銅屬于高反射性材料，在古代還會(huì)用銅片做成鏡子，對激光束的吸收性較低，很多時(shí)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(fèi)，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(shí)間銅都是激光切割一大挑戰(zhàn)。
CO2激光切割機(jī)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(jì)上做了隔離裝置，最早是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(jì)，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(shí)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(shí)現(xiàn)熔融，通常會(huì)產(chǎn)生比切割功率更高或持續(xù)時(shí)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限制。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)最高只做到百瓦級，差距明顯。
擺動(dòng)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(gè)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。
銅材料應(yīng)用廣泛 將帶動(dòng)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(jī)、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(dòng)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)用最廣、用量最大，占總消費(fèi)量一半以上。隨著激光工藝的逐漸成熟，同時(shí)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(huì)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(gè)新的增長點(diǎn)。
適用銅材加工的激光冷水機(jī)
廣州特域機(jī)電有限公司是一家專業(yè)從事激光加工應(yīng)用冷卻設(shè)備的廠家，擁有19年的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。對于銅材料，從數(shù)十瓦至百瓦級的綠光激光精密焊接，以及千瓦級的光纖激光、藍(lán)光半導(dǎo)體激光焊接，特域機(jī)電均擁有多種對應(yīng)冷水機(jī)產(chǎn)品。
銅材料激光加工往往需要對激光器、加工頭進(jìn)行同時(shí)冷卻，防止關(guān)鍵部件溫度過高出現(xiàn)損壞，特域冷水機(jī)恰恰能夠做到雙冷卻，產(chǎn)品采用雙溫雙控技術(shù)，同時(shí)能夠?qū)鋮s部件溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，為銅材料激光加工設(shè)備提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的冷卻設(shè)備選擇。
