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铜材料的激光加工,市场可达百亿元

发布时间:2021-06-28

  激光加工是依靠光束辐射的热能量与材料相互作用,实现了材料之间的瞬间气化、分裂、熔融或改性等效果,达到人们所需要的工件加工要求的结果,称之为激光制造或者激光加工。如今激光加工在我国迅速推广开来,并已经渗透到上百个行业的产线上。
  激光加工已被证明最容易、最适合在金属材料上应用,粗略统计在当前全球的所有激光加工应用,金属材料加工占据了超过85%的比重。但是,目前在金属加工上,以普通钢铁材料加工占据大部分,钢铁材料应用量无疑是最大,特别是不锈钢、合金钢已经用于生活方方面面了。然而激光在其他金属材料,如铜、铝以及其他有色金属的应用量还是很少,铜与铝合金是许多工业产品最开始的基础材料,它具备优质的导电率、传热性、抗腐蚀和耐磨性能。铝合金具有很高强度,是实现轻量化的好材料,但本文重点谈的是铜材料。
  铜的激光切割与焊接
  铜一直以来是一种身价不低的金属材料,特别是今年以来国际大宗期货钢材、塑料、铜、铝、纸板等价格纷纷上涨了不少。常见铜材料有纯铜、黄铜、紫铜等多个种类,材料形状包括棒、线、板、带、条、管、箔等。其实铜是一种古老的金属,现代出土了很多珍贵的数千年前的青铜器,因此铜材料的工艺、加工质量提升,是一个非常重要的工作。激光加工铜材料将会是一个非常有前景的选择。
  铜板、铜片与铜管三种形状应该是最适用激光切割的,但是铜属于高反射性材料,在古代还会用铜片做成镜子,对激光束的吸收性较低,很多时候是低于30%,相当于有70%的激光被反射,不仅造成能量损耗浪费,而且反射光还容易造成加工头、镜片、激光器等部件损坏。因此在以往较长一段时间铜都是激光切割一大挑战。
  CO2激光切割机可以较好地切割厚材料,也可以切割铜,但必须在铜片上涂一层石墨喷雾剂或氧化镁,以防止反射而损坏设备。铜对光纤激光束吸收率很低,但厂商在产品结构设计上做了隔离装置,最早是nLight推出了抗高反材料的光纤激光器,后来国内的中科光汇、飞博等厂商都推出了抗高反的光纤激光器。一些做切割头的企业也对加工头做了防反射光的设计,这让光纤激光器在铜片切割应用打开了市场。如今采用3KW切割厚度10mm的铜板早已经实现了。
  相对于切割,铜材料的激光焊接难度更大了。焊接需要把基材实现熔融,通常会产生比切割功率更高或持续时间更长的光回返现象。铜的吸收率随着波长的减小而增加,这意味着可见波段的激光器(例如,波长为532nm的绿光激光器)用于铜焊接将产生显著的优势,国外较为流行采用绿光激光器焊接铜材料,但是绿光激光器受制于功率限制。外国的通快已经做到千瓦级绿光激光器,而国内企业最高只做到百瓦级,差距明显。
  摆动焊接头的出现让光纤激光器适用于铜材料焊接,光纤激光功率、应用、配套的成熟为铜材料焊接提供了保证。数千瓦的光纤激光器让铜材料焊接应用拓展了更多空间。近两年蓝光半导体激光器的出现于国产化,对铜焊接也是一个利好,蓝光激光器波长大概在400-460nm,被铜材料吸收率可达70%,原来采用3KW光纤激光器焊接的铜片,如今采用蓝光激光器可能1.5KW就足够有余了。
  铜材料应用广泛  将带动激光加工需求
  铜是非常好的导电材料,因此在电力、线缆、电机、开关、印制电路板、电容器、通信器件,电信基站等有大量的应用。铜有着很好的导热性,在热交换器、制冷设备、家电、管道等有着广泛的应用。另外,铜在电池行业应用很多,特别是近几年电池封装、动力电池的电芯逐渐采用了激光焊接技术。铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大,占总消费量一半以上。随着激光工艺的逐渐成熟,同时在铜材料相关部件使用激光加工,未来预估铜材料的激光加工会为激光设备带来超过百亿元的设备需求,成为激光产业一个新的增长点。
  适用铜材加工的激光冷水机
  广州特域机电有限公司是一家专业从事激光加工应用冷却设备的厂家,拥有19年的研发、设计、生产经验。对于铜材料,从数十瓦至百瓦级的绿光激光精密焊接,以及千瓦级的光纤激光、蓝光半导体激光焊接,特域机电均拥有多种对应冷水机产品。
  铜材料激光加工往往需要对激光器、加工头进行同时冷却,防止关键部件温度过高出现损坏,特域冷水机恰恰能够做到双冷却,产品采用双温双控技术,同时能够对冷却部件温度实时监控,为铜材料激光加工设备提供一个优质的冷却设备选择。

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