Durante o processo de fabricação de baterias utilizadas em veículos elétricos, os materiais de cobre precisam ser soldados em altas velocidades e sem respingos. Lasers infravermelhos com comprimentos de onda próximos a 1000 nm são normalmente usados, porém isso apresenta dois desafios principais para a soldagem de materiais de cobre: baixa absorção de energia e instabilidade do processo. A absorção da luz laser infravermelha pelos materiais de cobre aumenta com a temperatura. Quando um laser IR de alta potência irradia uma superfície de cobre, a taxa de absorção de energia da superfície de cobre aumenta repentinamente após a formação de pequenos orifícios; os furos são instáveis e respingos se formam facilmente. Ao mesmo tempo, como a potência do laser infravermelho será grande, isso danificará o laser. A absorção do laser azul pelo material de cobre é de cerca de 60%, o que é muito mais eficiente que a do laser IR. A viabilidade dos lasers de diodo azul para processamento de cobre foi relatada em alguma literatura. Os lasers azuis podem soldar folhas ou folhas de cobre com alta eficiência e qualidade. No entanto, o custo dos lasers azuis é muito maior do que o dos lasers NIR e a potência máxima de saída é limitada a 2.000 W. Combinando as desvantagens da baixa absorção de energia do laser IR, processo instável e baixa potência de saída do laser azul, podemos propor um processo de soldagem a laser composto azul-IR. Neste processo de soldagem, podemos primeiro derreter a superfície do material de base com um laser azul de alta absorção e depois aumentar a profundidade da poça fundida com um laser infravermelho.Yang et al. investigou a soldagem a laser composto infravermelho próximo ao azul de uma placa de cobre de 3 mm de espessura com base em experimentos e simulações numéricas; primeiro, a placa de cobre foi aquecida com um laser azul de baixa potência e, em seguida, um laser infravermelho de alta potência irradiou a superfície de alta temperatura da placa para formar um pequeno orifício profundo.Fujio et al. desenvolveu um sistema de soldagem composta a laser infravermelho azul e descobriu que a eficiência de soldagem do laser híbrido era 1,45 vezes maior que a do laser infravermelho.Kaneko et al. usou um laser infravermelho azul composto coaxial para ampliar a poça fundida e pequenos orifícios e estabilizar a convecção térmica interna. Na soldagem a laser infravermelho azul composto, a absorção da energia do laser afeta não apenas a estabilidade do processo de soldagem, mas também a vida útil do equipamento. Se a temperatura da superfície de cobre for baixa após a exposição ao laser azul, a energia do laser IR refletida na superfície de cobre será alta, o que pode danificar a cabeça do laser.
Fujio, S et al. desenvolveu um sistema de laser composto usando um laser semicondutor azul como fonte de pré-aquecimento e um laser de fibra monomodo como fonte de soldagem. Os testes de soldagem foram realizados em fios de cobre de 2,5 × 3,0 × 50 mm usando este sistema de laser composto. A Fig. 1 mostra a cinética de fusão e solidificação do cobre puro capturada com uma câmera de alta velocidade em 0,1, 0,2 e 0,3 s sob (a) o laser composto e (b) laser de fibra monomodo. Para um laser de fibra monomodo com potência de saída de 1 kW, a fusão do cobre começa em cerca de 0,3 s. A cinética de fusão do laser de fibra monomodo é mostrada na Fig. 2.1.2. Por outro lado, para um laser híbrido com um laser de fibra monomodo com potência de saída de 1 kW e um laser de diodo azul com potência de saída de 200 W, a fusão do cobre começa a partir de 0,2 segundos. Portanto, como mostrado na Fig. 2, o volume de fusão do cobre torna-se maior no laser híbrido do que no laser de fibra monomodo.
Devido ao pré-aquecimento com o laser de diodo azul, a temperatura do cobre sobe para cerca de 800 graus. A temperatura do cobre aumenta para cerca de 1,5 graus F (0,5 graus F). O aumento da temperatura leva a um aumento local na absorção óptica do cobre no laser de fibra. Ao mesmo tempo, o laser composto obtém um volume de fusão de cobre maior do que o laser de fibra monomodo. Portanto, conclui-se que pelo pré-aquecimento do laser de diodo azul, a absorção de luz do cobre pelo laser de fibra monomodo é aumentada e a eficiência da soldagem é melhorada.
Wu et al. desenvolveu um novo modelo de fonte de calor a laser infravermelho de luz azul para materiais de cobre com uma espessura de 0 0,5 mm usando um processo de soldagem a laser infravermelho de luz azul composto coaxial e simulou numericamente o comportamento dinâmico da poça fundida e absorção de energia do laser combinando com o método de refinamento de malha virtual. Em comparação com a soldagem a laser azul, a temperatura máxima de fusão e a velocidade da soldagem a laser IR azul composto coaxial flutuam mais e a eficiência energética total do laser é menor, mas boas soldas ainda podem ser obtidas. Em comparação com a soldagem a laser infravermelho, na soldagem a laser infravermelho composto coaxial, o laser azul melhorou e estabilizou a eficiência energética do laser infravermelho.
Uma nova simulação com {{{{10}}}} W de potência do laser azul, 1400 W de potência do laser IR e uma velocidade de soldagem de 1,2 m/min foi reiniciada a partir do caso de soldagem a laser IR azul composto coaxial em t=0,1 s. A nova simulação é mostrada na Fig. 3 (a). Como mostrado na Fig. 3 (a), apenas uma pequena poça fundida é formada. A temperatura máxima de fusão é 1798 K e a velocidade máxima de fusão é 0,11 m/s. Como mostrado na Figura 3 (b), a potência e a eficiência do laser IR absorvido são 190,4 W e 13,60%, respectivamente, após t=0,232 s. A potência e a eficiência do laser IR do material soldado também são mostradas na Fig. Em comparação com a soldagem a laser IR, a eficiência energética do laser IR da soldagem a laser IR azul composto coaxial foi aumentada em 16,99%, e a eficiência energética total do laser foi aumentada em 165,22%. 3 (c), os desvios padrão das eficiências do laser IR na soldagem a laser IR de luz azul composta coaxial e na soldagem a laser IR foram de 0,014% e 0,215%, respectivamente. Pode-se concluir que o laser azul melhora e estabiliza a eficiência energética do laser infravermelho na soldagem a laser infravermelho azul composto.
Tendo em vista o custo, bem como a limitação de potência máxima da luz azul e as desvantagens da baixa absorção de energia e instabilidade do processo do laser infravermelho, foi proposto um processo de soldagem a laser composto azul-vermelho. Ao pré-aquecer o material com a alta taxa de absorção da luz azul, conseguindo assim um aumento na taxa de absorção da luz vermelha e, ao mesmo tempo, devido à pequena densidade de potência da luz azul em comparação com o laser de fibra, é possível realizar a combinação de soldagem por condução de calor estável e soldagem por fusão profunda para obter soldagem eficiente de ligas altamente anticorrosivas (alumínio, cobre).
