Typische Laserparameter zum Schweißen dünner Kupferfolien
Das Laserschweißen dünner Kupferfolien ist ein raffinierter Prozess, der aufgrund des hohen Reflexionsvermögens und der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer eine präzise Steuerung der Laserparameter erfordert. In diesem Artikel werden gängige Lasereinstellungen zum Schweißen von Kupferfolien beschrieben, deren Dicke typischerweise zwischen etwa 50 und 500 Mikrometern liegt.
Laserwellenlänge und Laserquelle
Herkömmliche Infrarotlaser (ca. 1000 nm Wellenlänge) weisen geringe Absorptionsraten in Kupfer auf (ca. 5–6 %), was das Schweißen dünner Folien zu einer Herausforderung macht. Im Gegensatz dazu bieten blaue Diodenlaser, die in der Nähe von 445–450 nm arbeiten, eine wesentlich höhere Absorption (~60–65 %), was eine effiziente Energiekopplung und das Schmelzen von Kupferfolien ermöglicht. Grüne Laser bei etwa 515–532 nm sind ebenfalls wirksam und bieten eine bessere Absorption und Wärmeeintragskontrolle als Infrarotlaser.
Laserleistung
Beim Schweißen dünner Kupferfolien liegen die Leistungen bei blauen Diodenlasern typischerweise zwischen 50 und 300 Watt. Studien haben gezeigt, dass etwa 200 bis 275 Watt zum Schweißen von Folien mit einer Dicke von bis zu 500 Mikrometern ausreichen. Die verbesserte Absorption bei blauen Lasern bedeutet, dass eine geringere Leistung eine vollständige Durchdringung mit weniger Wärmeverformung erreichen kann.
Schweißgeschwindigkeit
Die Schweißgeschwindigkeiten variieren je nach Foliendicke und Laserleistung erheblich, liegen jedoch im Allgemeinen zwischen 1 mm/s und 100 mm/s. Beispielsweise wurde mit einem 200-Watt-Blaulaser ein stabiles Schlüsselloch- und Konduktionsschweißen von 0,2 mm dickem Kupfer bei Geschwindigkeiten von 1 mm/s bis 5 mm/s erreicht. In optimierten Systemen sind auch höhere Geschwindigkeiten von mehreren hundert mm/min möglich.
Strahlfleckgröße und Fokus
Typische Laserstrahlfleckdurchmesser beim Kupferfolienschweißen liegen zwischen 50 und 200 Mikrometern, was eine schmale Wärmeeinflusszone ermöglicht und thermische Schäden reduziert. Die Beibehaltung einer präzisen Fokusposition gewährleistet ein stabiles Schmelzbad und eine gleichbleibende Schweißqualität.
Lasermodus und Leistungsmodulation
Üblicherweise werden Dauerstrichlaser (CW) verwendet, aber modulierte oder gepulste Laserleistungen können die Schweißqualität verbessern, indem sie den Wärmeeintrag kontrollieren und Fehler minimieren. Die schnelle Modulation der blauen Laserleistung innerhalb von Millisekunden erleichtert die Anpassung an Schwankungen der Oberflächenbeschaffenheit und reduziert die Oxidbildung und Spritzer.
Schutzgas
Als Schutzgase werden Edelgase wie Argon oder Stickstoff eingesetzt, um eine Oxidation beim Schweißen zu verhindern und so für saubere, glatte Schweißnähte zu sorgen.
Zusammenfassung typischer Parameter
| Parameter | Typischer Bereich | Notizen |
|---|---|---|
| Laserwellenlänge | 445 - 450 nm (blauer Diodenlaser) | Hohe Absorption, effizientes Schmelzen |
| Laserleistung | 50 - 275 W | Hängt von der Folienstärke ab |
| Schweißgeschwindigkeit | 1 - 100 mm/s | Variabel durch Leistung und Folie |
| Strahlfleckgröße | 50 - 200 µm | Schmal für Präzisionsschweißen |
| Lasermodus | Kontinuierliche Welle, moduliert | Modulation verbessert die Konsistenz |
| Schutzgas | Argon, Stickstoff | Oxidation verhindern |
Vorteile der Verwendung von blauen Diodenlasern
Blaue Laser verbessern die Prozessstabilität und Schweißqualität bei der Verarbeitung dünner Kupferfolien deutlich. Ihre höhere Absorption führt zu einer besseren Energieeinkopplung und einem Aufschmelzen, wodurch Schweißnähte mit hervorragender mechanischer Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit entstehen. Darüber hinaus reduzieren blaue Laser Wärmeverzug und Wärmeeinflusszonen und sorgen so für eine hohe Oberflächenqualität mit minimaler Spritzer- und Oxidbildung. Diese Merkmale sind für elektrische Kontakte, Batteriekomponenten und Dünnblechanwendungen von entscheidender Bedeutung.
Abschluss
Das Laserschweißen dünner Kupferfolien lässt sich aufgrund ihrer überlegenen Absorptionseigenschaften im Kupfer am besten mit blauen Dioden- oder grünen Lasern durchführen. Die Optimierung wichtiger Parameter wie Laserleistung (50–275 W), Schweißgeschwindigkeit (1–100 mm/s), Strahlfleckgröße (50–200 µm) und die Aufrechterhaltung des richtigen Schutzgases ermöglicht fehlerfreie, hochwertige Schweißnähte mit minimalem Hitzeschaden. Kontinuierliche Fortschritte in der blauen Diodenlasertechnologie erweitern weiterhin die Anwendungen und die Zuverlässigkeit beim Schweißen von Kupferfolien, was für Branchen wie die Elektronik- und Batterieherstellung von entscheidender Bedeutung ist.
Dieser prägnante Leitfaden bietet eine praktische Referenz für Ingenieure und Techniker, die das Laserschweißen an dünnen Kupfermaterialien mit modernen Laserquellen anwenden möchten.