Nella produzione delle batterie utilizzate nei veicoli elettrici, i materiali in rame devono essere saldati ad alta velocità e senza spruzzi. Solitamente vengono utilizzati laser a infrarossi con lunghezze d'onda vicine a 1000 nm, tuttavia, ciò presenta due sfide principali per la saldatura di materiali in rame: basso assorbimento di energia e instabilità del processo. L'assorbimento della luce laser infrarossa da parte dei materiali in rame aumenta con la temperatura. Quando un laser IR ad alta potenza irradia una superficie di rame, il tasso di assorbimento di energia della superficie di rame aumenta improvvisamente dopo la formazione di piccoli fori; i fori sono instabili e si formano facilmente schizzi. Allo stesso tempo, poiché la potenza del laser a infrarossi sarà elevata, il laser verrà danneggiato. L'assorbimento del laser blu da parte del materiale di rame è di circa il 60%, ovvero molto più efficiente di quello del laser IR. La fattibilità dei laser a diodi blu per la lavorazione del rame è stata riportata in alcune pubblicazioni. I laser blu possono saldare lamine o fogli di rame con elevata efficienza e qualità. Tuttavia, il costo dei laser blu è molto più alto di quello dei laser NIR e la potenza di uscita massima è limitata a 2000 W. Combinando gli svantaggi del basso assorbimento di energia del laser IR, del processo instabile e della bassa potenza di uscita del laser blu, possiamo proporre un processo di saldatura laser composito blu-IR. In questo processo di saldatura possiamo prima fondere la superficie del materiale di base con un laser blu ad alto assorbimento, quindi aumentare la profondità del bagno di fusione con un laser a infrarossi. Yang et al. ha studiato la saldatura laser composita del vicino infrarosso blu di una piastra di rame spessa 3 mm sulla base di esperimenti e simulazioni numeriche; in primo luogo, la piastra di rame è stata riscaldata con un laser blu a bassa potenza, quindi un laser a infrarossi ad alta potenza ha irradiato la superficie ad alta temperatura della piastra per formare un piccolo foro profondo. Fujio et al. ha sviluppato un sistema di saldatura composita laser a infrarossi blu e ha scoperto che l'efficienza di saldatura del laser ibrido era 1,45 volte superiore a quella del laser a infrarossi. Kaneko et al. ha utilizzato un laser blu-infrarosso composito coassiale per allargare la piscina fusa e i piccoli fori e stabilizzare la convezione termica interna. Nella saldatura laser composita a infrarossi blu, l'assorbimento dell'energia laser influisce non solo sulla stabilità del processo di saldatura ma anche sulla durata dell'attrezzatura. Se la temperatura della superficie di rame è bassa dopo l'esposizione al laser blu, l'energia del laser IR riflessa dalla superficie di rame è elevata e può danneggiare la testina del laser.
Fujio, S et al. hanno studiato e sviluppato un sistema laser composito che utilizza un laser a semiconduttore a luce blu come sorgente luminosa di preriscaldamento e un laser a fibra monomodale come sorgente luminosa di saldatura. I test di saldatura sono stati eseguiti su fili di rame da 2,5 × 3,0 × 50 mm utilizzando questo sistema laser composito. La Fig. 1 mostra la cinetica di fusione e solidificazione del rame puro catturata con una fotocamera ad alta velocità a {{10}},1, 0,2 e 0,3 s sotto (a) il laser composito e (b) il laser a fibra monomodale. Per un laser a fibra monomodale con una potenza di uscita di 1 kW, la fusione del rame inizia da circa 0,3 s. La cinetica di fusione del laser a fibra monomodale è mostrata in Fig. 2.1.2. Invece, per un laser ibrido con un laser a fibra monomodale con una potenza di uscita di 1 kW e un laser a diodi blu con una potenza di uscita di 200 W, la fusione del rame inizia da 0,2 secondi. Pertanto, come mostrato in Fig. 2, il volume di fusione del rame diventa maggiore nel laser ibrido rispetto al laser a fibra monomodale.
A causa del preriscaldamento con il laser a diodi blu, la temperatura del rame sale a circa 800 gradi. La temperatura del rame aumenta fino a circa 1,5 gradi F (0,5 gradi F). L'aumento della temperatura porta ad un aumento locale dell'assorbimento ottico del rame nel laser a fibra. Allo stesso tempo, il laser composito ottiene un volume di fusione del rame maggiore rispetto al laser a fibra monomodale. Pertanto, si conclude che preriscaldando il laser a diodi blu, l'assorbimento della luce del rame nel laser a fibra monomodale aumenta e l'efficienza della saldatura aumenta.
Wu et al. ha utilizzato un processo di saldatura laser composito coassiale a infrarossi a luce blu per materiali in rame con uno spessore di 0,5 mm, ha stabilito un nuovo modello di sorgente di calore laser a infrarossi a luce blu e ha simulato numericamente il comportamento dinamico del bagno fuso e assorbimento dell'energia laser combinandolo con il metodo di raffinamento della mesh virtuale. Rispetto alla saldatura laser blu, la temperatura massima di fusione e la velocità della saldatura laser blu-IR composita coassiale fluttuano maggiormente e l'efficienza energetica totale del laser è inferiore, ma è comunque possibile ottenere buone saldature. Rispetto alla saldatura laser a infrarossi, nella saldatura laser blu-IR composita coassiale, il laser blu ha migliorato e stabilizzato l'efficienza energetica del laser a infrarossi.
Una nuova simulazione con {{{{10}}}} W di potenza del laser blu, 1400 W di potenza del laser IR e una velocità di saldatura di 1,2 m/min è stata riavviata dal composito coassiale caso di saldatura laser blu-IR a t=0,1 s. La nuova simulazione è mostrata in Fig. 3 (a). Come mostrato nella Figura 3 (a), si forma solo una piccola pozza fusa. La temperatura massima di fusione è 1798 K e la velocità massima di fusione è 0,11 m/s. Come mostrato nella Fig. 3 (b), la potenza e l'efficienza del laser IR assorbite sono rispettivamente di 190,4 W e 13,60%, dopo t=0,232 s. La potenza del laser IR e l'efficienza del materiale saldato sono mostrate anche in Fig. 3 (c). Rispetto alla saldatura laser IR, l'efficienza energetica del laser IR della saldatura laser blu-IR composita coassiale è stata aumentata del 16,99% e l'efficienza energetica totale del laser è stata aumentata del 165,22%. Come mostrato in Fig. 3 (c), le deviazioni standard delle efficienze del laser IR nella saldatura laser IR-luce blu composita coassiale e nella saldatura laser IR erano rispettivamente dello 0,014% e dello 0,215%. Si può concludere che il laser blu migliora e stabilizza l'efficienza energetica del laser infrarosso nella saldatura laser composita blu-IR.
Dato il costo della luce blu, nonché la limitazione della potenza massima e le carenze del tasso di assorbimento dell'energia del laser infrarosso è basso e il processo è instabile, viene proposto un processo di saldatura laser composito luce blu-luce rossa. L'elevato tasso di assorbimento della luce blu preriscalda il materiale, per ottenere un aumento del tasso di assorbimento della luce rossa e, allo stesso tempo, a causa della piccola densità di potenza della luce blu rispetto al laser a fibra, è possibile realizzarlo combinare la saldatura a conduzione termica stabile e la saldatura a fusione profonda, per ottenere la saldatura ad alta efficienza di alte anti-leghe (alluminio, rame).
