單纖、環光、藍光、綠光、紅藍復合焊接銅合金的比較
延續上一本書：介紹了銅合金難焊的幾個要點：高導熱係數（散熱快）、高反射率（低雷射吸收）、吸收率波動大這些特性會導致缺陷，例如虛焊、飛濺、氣孔和外觀成型不良
如圖所示，可以清楚地看到銅焊接工藝不穩定造成的飛濺和氣孔，這兩個缺陷在銅的雷射焊接過程中最為常見
飛濺形成機理：飛濺液滴力分析：在銅合金深熔焊過程中，飛濺液滴主要受液體表面張力、自身重力以及鎖孔中高壓金屬蒸氣產生的向上剪下力的影響剪下力佔主導地位。 一般飛濺主要從鎖孔開口邊緣產生，飛出的主要是鎖孔邊緣的水滴，隨著熔池的波動，一旦從鎖孔中出來，就會直接面對猛烈向上噴發的金屬蒸氣，在垂直方向上受到剪下力， 克服表面張力和自身重力，飛出熔池形成飛濺。
氣孔形成機理：鎖孔型氣孔主要是由於雷射焊接過程中鎖孔的不穩定性造成的，因為鎖孔是空心的，一旦鎖孔坍塌，如圖E所示，液態熔池就會關閉鎖孔，金屬蒸汽會滾入熔池，當金屬蒸汽不能及時從銅熔池表面逸出並在熔池中凝固時池，它會在焊縫中形成乙個直徑較大的多孔。
為了解決銅合金中經常出現的這些缺陷，市場上有幾種技術方案，分別是光纖雷射擺焊（單模14um，多模50um以內），環形光斑100）、藍光、綠光、紅藍復合，接下來，簡要介紹各種工藝的優點和侷限性，然後有機會在單篇文章中詳細介紹每種技術路線的缺陷抑制機理和應用場景。
光纖雷射擺動焊接。
材料**：窄間隙振盪雷射焊接中側壁晶粒生長對孔隙形成的影響
雷射振盪可緩解氣孔。
光纖雷射擺動焊接的優點：
光纖擺動是目前價效比最高的解決方案，即工藝視窗需要摸索和探索，常用雷射器的主芯徑在14-50um、2kw-6kw範圍內，主要用於有效穿透深度小於1mm的連線，這是最好的單模雷射器效果， 而單模雷射器在一般鋰電池行業中的單模應用較多，常規的有1kw、2kw，最大功率可達3kw，小芯徑可以提供足夠高的雷射能量密度，可以瞬間熔化銅合金，避免了最初的虛焊;
同時，小芯徑還可以與擺動焊頭和振鏡焊頭配套使用，實現各種擺動軌跡的焊接，可以擴大熔池，穩定鎖孔，幫助氣體溢位，使焊接過程更加穩定，減少飛濺和氣孔
不足之處：單模市場化產品功率有限，無法避免非振盪孔隙，為了實現高線能量熱輸入，實現大熔深，低速焊接極不穩定（鎖孔太小易塌陷），振盪綜合行進速度大，熔深有限，一般在05mm以內;常用於 05mm以內搭接焊接，速度可達40mm s左右;
環形點焊：
材質**：IPG
環形光斑，因為它是最早推出的相干相關技術產品，可調環模雷射器（ARM），每個廠家都有自己的命名方法，市面上的點環形雷射器、環形光斑、環形光斑、環形光斑、 外環雷射器也屬於高功率密度的光纖雷射器，負責在擴大鎖孔開口的同時加熱母材，利用內環雷射器的高功率密度穿透金屬，實現深熔焊接（光纖半導體複合材料在銅焊接中的應用較少，因為半導體都是紅光，功率密度要低得多，所以它們基本上不起到加熱銅基板的作用。 ）
環點焊可穩定擴大的鎖孔開口。
如圖所示，這是環形點焊正上方拍攝的熔池鎖孔的實時示意圖，可以看出環形點可以有效擴大鎖孔開口，提高焊接過程的穩定性，同時擴大熔池的面積， 降低熔池的凝固速度，有利於氣孔的逸出，降低焊縫的氣孔率。
環形點擺焊。
同時，可調環模雷射器還可以增加擺動，擺動焊接過程如圖所示更加穩定，基本無飛濺，可有效降低銅合金焊接過程中飛濺的發生率，並提供多種芯徑和功率組合，目前單模環（14 100）和50 150芯徑組合（IPG AMB 5000-5000）可實現穩定高效的銅加工合金在5mm以內;加工速度約為50mm s（穩定穿透深度4.）。約5mm），環形多功率匹配已成為銅雷射焊接的主流技術。
紅外雷射器主要在以上兩個方向，下面簡單介紹一下短波雷射器的新技術路線
使用紅光進行焊接仍然無法避免銅合金因固液轉變導致導熱係數和吸收率急劇變化而導致的熱輸入不穩定，因此一些公司開始嘗試短波和多波解決方案。
短波焊接的優點：假設使用6kW的紅外雷射器作為熱源，在室溫下加熱純銅，那麼5%的吸收率意味著300W的加熱效果。 如果使用450nm藍光加熱，吸收率為65%，而要獲得相同的加熱效果，只需要300W 65% 461W。 但是，當材料達到“固-液”熔點時，吸收率的增加和導熱係數的降低將使加熱效果增加約20%（散熱減少，吸收率增加）。 這額外的20%的加熱效果意味著一台6kW的紅外雷射器需要額外1200W的加熱功率，這將導致加工狀態變得極其不穩定，積累的熱量會瞬間達到下一階段汽化的沸點，產生銅金屬蒸氣，造成沸騰和飛濺。 （本段引用自行業大佬顧錚（上海瀚宇光纖通訊技術***2024年發表的藍光應用文章，如需文件可聯絡後台作者）。
藍色雷射焊接
銅對藍光雷射的吸收率在47%以上，以藍光水龍頭雷射線為例，目前藍光的最大功率可達4kw，芯徑約為600um，最低芯徑可達400um，雷射線應代表目前藍光水平最高的之一
材質**：Laserline官方網站。
藍光導熱係數（材料**：laserline）。
藍光焊接髮夾電機（材質**：laserline）。
優點：如上圖所示，高吸收率和大藍光光斑可以實現與髮夾扁線電機的大間隙相容性，同時吸收率高，焊接過程非常穩定，基本沒有熱輸入波動，基本可以實現零飛濺和高速焊接， 而且在箔焊中一般不容易出現故障，在低飛濺和高速焊接中也很有潛力。同時，銅在異種材料的焊接中也具有優勢，可以焊接缺陷較少的異種材料。
缺點：藍光吸收率高，但屬於直接半導體雷射器，光束質量比較差，最小芯徑可以達到400um，與綠光相比可以達到50um左右，紅光可以做到14um，所以藍光主要用於熱傳導焊接，適用於1mm以內的銅合金拼接， 不能實現搭接焊、熔透焊;
同時，由於芯徑較大，藍光一般難以使用振鏡進行匹配和焊接，主要採用準直焊接接頭藍光熱影響區較大（大光斑），可能涉及材料的變形要考慮。
綠色雷射焊接技術：
綠光應該是較新的技術之一，最近幾年才發展起來，目前市場上主要有兩家公司提供綠光雷射產品，綠光的最高功率為3kw，已實現在高反射材料的加工應用;
優點：銅合金對綠光雷射的吸收率在40%左右，比銅合金對紅光的3-5%的吸收率高出近10倍。與藍光相比，綠光光纖的芯徑可以比藍光小，可以達到50um左右，使雷射能量集中在材料表面，並可與振鏡匹配進行遠距離飛行焊接綠光雷射適用於2mm以內銅合金的導熱和深熔焊。
缺點：主要原因是成本，因為新產品剛剛問世，應用很少，而且有很多地方需要驗證可靠性和穩定性，包括雷射器在各個方面的效能。
綠燈應用。 可以清楚地看到，綠光焊接銅合金有明顯的鎖孔，說明綠光可以實現銅合金的深熔焊接，同時綠光擺動可以在焊接過程中實現更穩定的加工，實現低飛濺和低缺陷焊縫。
紅藍復合雷射焊接
材質**：Laserline官方網站。
優點：鑑於藍光無法實現深熔焊，且光斑較大，因此認為採用藍光和紅光進行復合，紅光可以實現小芯徑和高功率來發揮穿透深度，藍光利用銅的高吸收率快速熔化來提供紅光的吸收率， 同時，藍光的大光斑還可以擴大熔池，延緩熔池的凝固，在一定程度上實現低飛濺、低孔隙率和高質量焊接。
如圖所示：上部為純藍光導熱焊，下部為紅藍復合，可以清晰地看到熔池中間的鎖孔，說明紅藍復合能快速穩定地形成鎖孔，從導熱過渡到深熔焊， 並實現更大的焊縫深寬比，即更大的熔深和連線強度。
來源：laserline
如上圖所示，依託紅外雷射的超強穿透力，可實現3mm以內銅合金的穩定加工，紅藍復合能量可與環斑相媲美。
同時，這種復合熱源的紅藍復合具有許多優點，而熱源復合形式也來自於焊接接頭的功能，這塊非常可喜，在國內處於領先地位，嘉強可以提供紅藍復合頭、擺動復合頭，也在開發振鏡復合頭： 加上擺動使紅藍熱源具有更大的視窗和發揮空間，對於異種材料焊接、不等厚材料焊接、熱敏性材料可以靈活地將能量分配給熱源，並且有很多優點，以後會專門介紹。
材質**：霍爾雷射（藍光更專業）。
霍爾雷射應用於一些異種材料的焊接，效果好，可以看出焊縫金相沒有明顯的偏析，因為異種材料對藍光的吸收率和低功率藍光的作用更難生成金屬間化合物，這使得焊縫質量更高。
為了更詳細的分析，以後會有時間慢慢更新，如果有問題，希望同事們能給我更多的建議。
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3.隨著鋰電池、光伏和雷射的發展，越來越多的工程師開始接觸雷射器，考慮到雷射技術是一項極其實用的技術，目前市場上缺乏相關的習資訊，這是為了傳播雷射工藝應用的相關基礎知識，促進行業的發展。