Trong quá trình 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 giải pháp quá trình hàn laser composite 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 et al. 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 et al. 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 tổng hợp, 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 phát triển một hệ thống laser tổng hợp sử dụng tia laser bán dẫn màu xanh lam làm nguồn gia nhiệt trước và tia laser sợi quang chế độ đơn làm nguồn 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 chụp bằng camera tốc độ cao ở 0.1, 0.2 và 0.3 giây trong (a) laser tổng hợp và (b) laser sợi quang đơn mode. Đối với laser sợi quang đơn chế độ có công suất đầu ra là 1 kW, quá trình nóng chảy của đồng bắt đầu trong 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 chế độ đơn. Do đó, người ta kết luận rằng bằng cách làm nóng trước laser diode xanh, khả năng hấp thụ ánh sáng của đồng đối với laser sợi quang đơn mode sẽ tăng lên và hiệu quả hàn được cải thiện.
Wu và cộng sự. đã phát triển mô hình nguồn nhiệt laser hồng ngoại ánh sáng xanh mới cho vật liệu đồng có độ dày 0,5 mm bằng cách sử dụng quy trình hàn laser hồng ngoại ánh sáng xanh tổng hợp đồng trục và mô phỏng số lượng hoạt động động 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 lam đã cải thiện và ổn định hiệu suất năng lượng của laser hồng ngoại.
Một mô phỏng mới với công suất laser xanh lam là {{{{10}}} W, công suất laser hồng ngoại 1400 W và tốc độ hàn 1,2 m/phút đã được khởi động lại từ trường hợp hàn laser hồng ngoại xanh-hồng ngoại tổng hợp đồng trục 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 hồng ngoại trong hàn laser xanh-IR tổng hợp.
Do chi phí cũng như giới hạn công suất tối đa của ánh sáng xanh và nhược điểm của khả năng hấp thụ năng lượng thấp và quá trình không ổn định của tia laser hồng ngoại, quy trình hàn laser xanh-đỏ tổng hợp đã được đề xuất. Bằng cách làm nóng trước vật liệu có tốc độ hấp thụ ánh sáng xanh cao, do đó đạt được tốc độ hấp thụ ánh sáng đỏ tăng lên, đồng thời, do mật độ năng lượng nhỏ của ánh sáng xanh so với laser sợi quang, có thể nhận ra sự kết hợp giữa hàn dẫn nhiệt ổn định và hàn nóng chảy sâu để đạt được hiệu quả hàn các hợp kim có khả năng chống ăn mòn cao (Nhôm, Đồng).
