Podczas procesu produkcji akumulatorów stosowanych w pojazdach elektrycznych materiały miedziane muszą być spawane z dużymi prędkościami i bez odprysków. Zwykle stosuje się lasery na podczerwień o długości fali bliskiej 1000 nm, jednak wiąże się to z dwoma głównymi wyzwaniami podczas spawania materiałów miedzianych: niską absorpcją energii i niestabilnością procesu. Absorpcja światła lasera podczerwonego przez materiały miedziane wzrasta wraz z temperaturą. Kiedy laser podczerwony o dużej mocy naświetla powierzchnię miedzi, współczynnik absorpcji energii przez powierzchnię miedzi nagle wzrasta po utworzeniu małych dziur; otwory są niestabilne i łatwo tworzą się odpryski. Jednocześnie, ponieważ moc lasera podczerwonego będzie duża, spowoduje to uszkodzenie lasera. Absorpcja niebieskiego lasera przez materiał miedziany wynosi około 60%, co jest znacznie bardziej wydajne niż w przypadku lasera IR. W niektórych publikacjach donoszono o przydatności laserów z niebieską diodą do obróbki miedzi. Niebieskie lasery mogą spawać folie lub blachy miedziane z dużą wydajnością i jakością. Jednak koszt niebieskich laserów jest znacznie wyższy niż laserów NIR, a maksymalna moc wyjściowa jest ograniczona do 2000 W. Łącząc wady niskiej absorpcji energii lasera IR, niestabilności procesu i małej mocy wyjściowej niebieskiego lasera, możemy zaproponować Proces spawania laserowego kompozytów Blue-IR. W tym procesie spawania możemy najpierw stopić powierzchnię materiału bazowego za pomocą niebieskiego lasera o wysokiej absorpcji, a następnie zwiększyć głębokość jeziorka za pomocą lasera na podczerwień. Yang i in. zbadał kompozytowe spawanie laserowe w bliskiej niebieskiej podczerwieni płyty miedzianej o grubości 3 mm w oparciu o eksperymenty i symulacje numeryczne; najpierw miedzianą płytkę podgrzano za pomocą niebieskiego lasera o małej mocy, a następnie laser podczerwony o dużej mocy napromieniował wysokotemperaturową powierzchnię płyty, tworząc głęboki, mały otwór. Fujio i in. opracowali system spawania kompozytowego laserem na podczerwień niebieską i odkryli, że wydajność spawania laserem hybrydowym była 1,45 razy wyższa niż w przypadku lasera na podczerwień. Kaneko i in. wykorzystał współosiowy kompozytowy laser na podczerwień niebieską do powiększenia jeziorka stopionego i małych otworów oraz ustabilizowania wewnętrznej konwekcji cieplnej. W kompozytowym spawaniu laserem niebieskiej podczerwieni absorpcja energii lasera wpływa nie tylko na stabilność procesu spawania, ale także na żywotność sprzętu. Jeśli temperatura powierzchni miedzi jest niska po ekspozycji na niebieski laser, energia lasera IR odbita od powierzchni miedzi jest wysoka, co może uszkodzić głowicę lasera.
Fujio, S i in. opracowali kompozytowy system laserowy wykorzystujący niebieski laser półprzewodnikowy jako źródło podgrzewania i jednomodowy laser światłowodowy jako źródło spawania. Testy spawania przeprowadzono na drutach miedzianych o wymiarach 2,5 × 3,0 × 50 mm przy użyciu tego kompozytowego systemu laserowego. Ryc. 1 przedstawia kinetykę topnienia i krzepnięcia czystej miedzi zarejestrowaną szybką kamerą przy 0.1, 0.2 i 0.3 s pod (a) laser kompozytowy oraz b) laser światłowodowy jednomodowy. W przypadku jednomodowego lasera światłowodowego o mocy wyjściowej 1 kW topienie miedzi rozpoczyna się od około 0,3 s. Kinetykę topnienia jednomodowego lasera światłowodowego pokazano na rys. 2.1.2. Natomiast dla lasera hybrydowego z laserem światłowodowym jednomodowym o mocy wyjściowej 1 kW i laserem diodowym z niebieską diodą o mocy wyjściowej 200 W, topienie miedzi rozpoczyna się od 0,2 sekundy. Zatem, jak pokazano na rys. 2, objętość topnienia miedzi staje się większa w laserze hybrydowym niż w laserze światłowodowym jednomodowym.
W wyniku wstępnego nagrzania za pomocą niebieskiego lasera diodowego temperatura miedzi wzrasta do około 800 stopni. Temperatura miedzi wzrasta do około 1,5 stopnia F (0,5 stopnia F). Wzrost temperatury prowadzi do lokalnego wzrostu absorpcji optycznej miedzi w laserze światłowodowym. Jednocześnie laser kompozytowy uzyskuje większą objętość topienia miedzi niż laser światłowodowy jednomodowy. Dlatego stwierdzono, że poprzez wstępne nagrzanie niebieskiego lasera diodowego zwiększa się absorpcja światła miedzi przez jednomodowy laser światłowodowy i poprawia się wydajność spawania.
Wu i in. opracował nowy model źródła ciepła laserowego światła niebieskiego na podczerwień dla materiałów miedzianych o grubości 0,5 mm, wykorzystując proces spawania współosiowego kompozytowego laserem na podczerwień w niebieskim świetle podczerwonym, a także przeprowadził numeryczną symulację dynamicznego zachowania stopionego jeziorka i absorpcja energii lasera poprzez połączenie z metodą udoskonalenia siatki wirtualnej. W porównaniu ze spawaniem niebieskim laserem maksymalna temperatura topnienia i prędkość spawania koncentrycznego kompozytowego lasera niebieskiej podczerwieni wahają się bardziej, a całkowita wydajność energetyczna lasera jest niższa, ale nadal można uzyskać dobre spoiny. W porównaniu ze spawaniem laserowym na podczerwień, w przypadku spawania koncentrycznego kompozytowego lasera niebieskiej podczerwieni, niebieski laser poprawił i ustabilizował efektywność energetyczną lasera na podczerwień.
Nową symulację z {{{10}}}}} W mocy niebieskiego lasera, 1400 W mocy lasera IR i prędkością spawania 1,2 m/min uruchomiono ponownie od obudowa do spawania koncentrycznego kompozytowego lasera niebieskiej podczerwieni w czasie t=0,1 s. Nową symulację pokazano na ryc. 3 (a). Jak pokazano na ryc. 3 (a), tworzy się tylko niewielka kałuża stopionego materiału. Maksymalna temperatura topnienia wynosi 1798 K, a maksymalna prędkość topienia wynosi 0,11 m/s. Jak pokazano na ryc. 3 (b), zaabsorbowana moc i wydajność lasera IR wynoszą odpowiednio 190,4 W i 13,60% po t=0,232 s. Moc lasera IR i wydajność spawanego materiału pokazano także na rys. 3(c). W porównaniu ze spawaniem laserem IR, efektywność energetyczna lasera IR podczas spawania współosiowego kompozytowego lasera niebieskiego IR wzrosła o 16,99%, a całkowita wydajność energii lasera wzrosła o 165,22%. Jak pokazano na ryc. 3 (c), odchylenia standardowe wydajności lasera podczerwonego podczas spawania koncentrycznego kompozytowego lasera IR w świetle niebieskim i spawania laserem IR wynosiły odpowiednio 0,014% i 0,215%. Można stwierdzić, że laser niebieski poprawia i stabilizuje efektywność energetyczną lasera podczerwieni w spawaniu kompozytowym laserem Blue-IR.
Ze względu na koszt, ograniczenie maksymalnej mocy światła niebieskiego oraz wady związane z niską absorpcją energii lasera podczerwonego i niestabilnością procesu, zaproponowano proces spawania kompozytowego laserem niebiesko-czerwonym. Podgrzewając materiał o wysokim współczynniku absorpcji światła niebieskiego, uzyskując w ten sposób wzrost współczynnika absorpcji światła czerwonego, a jednocześnie dzięki małej gęstości mocy światła niebieskiego w porównaniu z laserem światłowodowym, można zrealizować połączenie stabilnego spawania z przewodzeniem ciepła i spawania w głębokim topieniu w celu uzyskania wydajnego spawania stopów o wysokiej odporności na korozję (aluminium, miedź).
