Trong sản xuất pin dùng trong xe điện, vật liệu đồng cần được hàn ở tốc độ cao và không bị bắn tung tóe. Laser hồng ngoại có bước sóng gần 1000 nm thường được sử dụng, tuy nhiên, điều này đặt ra hai thách thức chính đối với vật liệu hàn đồng: hấp thụ năng lượng thấp và quá trình không ổn định. Sự hấp thụ ánh sáng laser hồng ngoại của vật liệu đồng tăng theo nhiệt độ. Khi tia laser hồng ngoại công suất cao chiếu xạ bề mặt đồng, tốc độ hấp thụ năng lượng của bề mặt đồng tăng đột ngột sau khi hình thành các lỗ nhỏ; các lỗ không ổn định và dễ dàng hình thành vết bắn tung tóe. Đồng thời, do công suất của tia laser hồng ngoại sẽ lớn sẽ khiến tia laser bị hỏng. Sự hấp thụ tia laser xanh của vật liệu đồng là khoảng 60%, hiệu quả hơn nhiều so với tia laser hồng ngoại. Tính khả thi của laser diode xanh để xử lý đồng đã được báo cáo trong một số tài liệu. Laser xanh có thể hàn lá hoặc tấm đồng với hiệu quả và chất lượng cao. Tuy nhiên, giá thành của laser xanh cao hơn nhiều so với laser NIR và công suất đầu ra tối đa bị giới hạn ở 2000 W. Kết hợp các nhược điểm của khả năng hấp thụ năng lượng laser IR thấp, quy trình không ổn định và công suất đầu ra thấp của laser xanh, chúng tôi có thể đề xuất một quá trình hàn laser composite màu xanh-IR. Trong quá trình hàn này, trước tiên chúng ta có thể làm nóng chảy bề mặt của vật liệu cơ bản bằng tia laser xanh có độ hấp thụ cao, sau đó tăng độ sâu của bể nóng chảy bằng tia laser hồng ngoại. Yang và cộng sự. nghiên cứu phương pháp hàn laser composite hồng ngoại gần hồng ngoại của tấm đồng dày 3 mm dựa trên các thí nghiệm và mô phỏng số; Đầu tiên, tấm đồng được làm nóng bằng tia laser xanh công suất thấp, sau đó tia laser hồng ngoại công suất cao chiếu xạ bề mặt nhiệt độ cao của tấm để tạo thành một lỗ nhỏ sâu. Fujio và cộng sự. đã phát triển hệ thống hàn composite laser hồng ngoại xanh và nhận thấy hiệu suất hàn của laser lai cao hơn 1,45 lần so với laser hồng ngoại. Kaneko và cộng sự. đã sử dụng tia laser hồng ngoại xanh tổng hợp đồng trục để phóng to bể nóng chảy và các lỗ nhỏ, đồng thời ổn định sự đối lưu nhiệt bên trong. Trong hàn laser hồng ngoại xanh composite, sự hấp thụ năng lượng laser không chỉ ảnh hưởng đến độ ổn định của quá trình hàn mà còn ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị. Nếu nhiệt độ của bề mặt đồng thấp sau khi tiếp xúc với tia laser xanh, năng lượng laser hồng ngoại phản xạ từ bề mặt đồng sẽ cao, có thể làm hỏng đầu laser.
Fujio, S và cộng sự. đã nghiên cứu và phát triển hệ thống laser tổng hợp sử dụng laser bán dẫn ánh sáng xanh làm nguồn sáng gia nhiệt trước và laser sợi quang đơn mode làm nguồn sáng hàn. Các thử nghiệm hàn được thực hiện trên dây đồng 2,5 × 3.0 × 50 mm sử dụng hệ thống laser tổng hợp này. Hình 1 cho thấy động học nóng chảy và hóa rắn của đồng nguyên chất được ghi lại bằng camera tốc độ cao ở {{10}}.1, 0.2 và 0.3 giây trong (a) laser tổng hợp và (b) laser sợi quang đơn mode. Đối với laser sợi quang đơn mode có công suất đầu ra là 1 kW, quá trình nóng chảy của đồng bắt đầu từ khoảng 0,3 giây. Động học nóng chảy của laser sợi quang đơn mode được thể hiện trên hình 2.1.2. Mặt khác, đối với laser lai có laser sợi quang đơn mode có công suất đầu ra là 1 kW và laser diode màu xanh có công suất đầu ra là 200 W, quá trình nóng chảy của đồng bắt đầu từ 0,2 giây. Do đó, như trong Hình 2, khối lượng nóng chảy của đồng trở nên lớn hơn trong laser lai so với laser sợi quang đơn mode.
Do được làm nóng trước bằng laser diode xanh, nhiệt độ của đồng tăng lên khoảng 800 độ . Nhiệt độ của đồng tăng lên khoảng 1,5 độ F (0,5 độ F). Sự gia tăng nhiệt độ dẫn đến sự gia tăng cục bộ về sự hấp thụ quang học của đồng vào laser sợi quang. Đồng thời, laser tổng hợp thu được khối lượng nóng chảy đồng lớn hơn so với laser sợi quang đơn mode. Do đó, người ta kết luận rằng bằng cách làm nóng trước laser diode xanh, độ hấp thụ ánh sáng của đồng đối với laser sợi quang đơn mode tăng lên và hiệu suất hàn tăng lên.
Wu và cộng sự. đã sử dụng quy trình hàn laser hồng ngoại ánh sáng xanh tổng hợp đồng trục cho vật liệu đồng có độ dày 0,5 mm, thiết lập mô hình nguồn nhiệt laser hồng ngoại ánh sáng xanh mới và mô phỏng bằng số hành vi động học của bể nóng chảy và hấp thụ năng lượng laser bằng cách kết hợp với phương pháp sàng lọc lưới ảo. So với hàn laser xanh, nhiệt độ và tốc độ nóng chảy tối đa của hàn laser hồng ngoại xanh tổng hợp đồng trục dao động nhiều hơn và tổng hiệu suất năng lượng laser thấp hơn nhưng vẫn có thể thu được các mối hàn tốt. So với hàn laser hồng ngoại, trong hàn laser hồng ngoại xanh tổng hợp đồng trục, laser xanh đã cải thiện và ổn định hiệu suất năng lượng của laser hồng ngoại.
Một mô phỏng mới với công suất laser xanh lam {{{{1{27}}}}} W, công suất laser hồng ngoại 1400 W và tốc độ hàn 1,2 m/phút đã được khởi động lại từ hỗn hợp đồng trục trường hợp hàn laser xanh-IR ở t=0.1 s. Mô phỏng mới được hiển thị trong Hình 3 (a). Như được hiển thị trong Hình 3(a), chỉ có một vũng nóng chảy nhỏ được hình thành. Nhiệt độ nóng chảy tối đa là 1798 K và tốc độ nóng chảy tối đa là 0,11 m/s. Như được hiển thị trong Hình 3(b), công suất và hiệu suất của laser hồng ngoại được hấp thụ lần lượt là 190,4 W và 13,60% sau t=0.232 giây. Công suất và hiệu suất laser hồng ngoại của vật liệu hàn cũng được thể hiện trong Hình 3(c). So với hàn laser hồng ngoại, hiệu suất năng lượng laser IR của hàn laser hồng ngoại xanh tổng hợp đồng trục đã tăng 16,99% và tổng hiệu suất năng lượng laser tăng 165,22%. Như được hiển thị trong Hình 3(c), độ lệch chuẩn của hiệu suất laser IR trong hàn laser hồng ngoại ánh sáng xanh tổng hợp đồng trục và hàn laser IR lần lượt là 0,014% và 0,215%. Có thể kết luận rằng tia laser xanh cải thiện và ổn định hiệu suất năng lượng của tia laser hồng ngoại trong hàn laser xanh-IR tổng hợp.
Do giá thành của ánh sáng xanh cũng như hạn chế về công suất tối đa và nhược điểm của tốc độ hấp thụ năng lượng laser hồng ngoại thấp và quá trình không ổn định, nên quy trình hàn laser hỗn hợp ánh sáng xanh-đỏ được đề xuất. Tốc độ hấp thụ cao của ánh sáng xanh để làm nóng trước vật liệu, để tăng tốc độ hấp thụ ánh sáng đỏ, đồng thời, do mật độ năng lượng của ánh sáng xanh so với laser sợi quang nhỏ nên có thể nhận ra điều đó kết hợp hàn dẫn nhiệt ổn định và hàn nóng chảy sâu, để đạt được hiệu quả hàn cao đối với các hợp kim có tính chống hợp kim cao (Nhôm, Đồng).
