Лазер CW і лазер QCW у зварюванні

Характеристики розподілу енергії

Примітною характеристикою лазерів CW є їх гаусівський розподіл енергії, де розподіл енергії поперечного перерізу лазерного променя зменшується від центру назовні за гаусовою (нормальний розподіл) схемою. Ця характеристика розподілу дозволяє лазерам CW досягати надзвичайно високої точності фокусування та ефективності обробки, особливо в програмах, які потребують зосередженого розгортання енергії.

Діаграма розподілу енергії лазера CW

Переваги лазерного зварювання безперервною хвилею (CW).

Мікроструктурна перспектива

Дослідження мікроструктури металів виявляє явні переваги лазерного зварювання безперервною хвилею (CW) перед імпульсним зварюванням квазібезперервною хвилею (QCW). Імпульсне зварювання QCW, обмежене межею частоти, як правило, близько 500 Гц, стикається з компромісом між швидкістю перекриття та глибиною проплавлення. Низький рівень нахлеста призводить до недостатньої глибини, тоді як високий коефіцієнт нахлеста обмежує швидкість зварювання, знижуючи ефективність. На противагу цьому лазерне зварювання CW забезпечує ефективне та безперервне зварювання завдяки вибору відповідних діаметрів сердечника лазера та зварювальних головок. Цей метод виявляється особливо надійним у додатках, що вимагають високої цілісності ущільнення.

Розгляд теплового впливу

З точки зору теплового впливу, імпульсне лазерне зварювання QCW страждає проблемою нахлеста, що призводить до повторного нагріву зварного шва. Це може призвести до невідповідності між мікроструктурою металу та основним матеріалом, включаючи варіації розмірів дислокацій і швидкості охолодження, тим самим збільшуючи ризик розтріскування. З іншого боку, лазерне зварювання CW дозволяє уникнути цієї проблеми, забезпечуючи більш рівномірний і безперервний процес нагрівання.

Легкість регулювання

З точки зору роботи та налаштування лазерне зварювання QCW вимагає ретельного налаштування кількох параметрів, включаючи частоту повторення імпульсів, пікову потужність, ширину імпульсу, робочий цикл тощо. Лазерне зварювання CW спрощує процес налаштування, зосереджуючись головним чином на формі хвилі, швидкості, потужності та величині розфокусування, що значно полегшує експлуатаційні труднощі.

Технологічний прогрес у безперервному лазерному зварюванні

Хоча лазерне зварювання QCW відоме своєю високою піковою потужністю та низьким тепловим навантаженням, що вигідно для зварювання термочутливих компонентів і надзвичайно тонкостінних матеріалів, прогрес у технології лазерного зварювання CW, особливо для застосувань із високою потужністю (зазвичай понад 500 Вт) і зварювання глибоким проплавленням на основі ефекту замкової щілини значно розширили область застосування та ефективність. Цей тип лазера особливо підходить для матеріалів товщиною понад 1 мм, досягаючи високого співвідношення сторін (понад 8:1), незважаючи на відносно високе нагрівання.

Лазерне зварювання квазібезперервною хвилею (QCW).

Сфокусований розподіл енергії

QCW, що означає «квазібезперервна хвиля», представляє лазерну технологію, у якій лазер випромінює світло переривчасто, як показано на малюнку a. На відміну від рівномірного розподілу енергії одномодових безперервних лазерів, QCW лазери концентрують свою енергію більш щільно. Ця характеристика надає QCW-лазерам чудову щільність енергії, що перетворюється на сильніші можливості проникнення. Результуючий металургійний ефект схожий на форму «цвяха» зі значним співвідношенням глибини до ширини, що дозволяє QCW-лазерам досягати успіхів у застосуваннях, пов’язаних зі сплавами з високим коефіцієнтом відбиття, термочутливими матеріалами та прецизійним мікрозварюванням.

Покращена стабільність і зменшені перешкоди

Однією з помітних переваг лазерного зварювання QCW є його здатність пом’якшувати вплив струменя металу на швидкість поглинання матеріалу, що забезпечує більш стабільний процес. Під час взаємодії лазера з матеріалом інтенсивне випаровування може створити суміш металевої пари та плазми над басейном розплаву, який зазвичай називають металевим шлейфом. Цей шлейф може захищати поверхню матеріалу від лазера, спричиняючи нестабільну подачу електроенергії та дефекти, такі як бризки, точки вибуху та ями. Однак періодичне випромінювання QCW-лазерів (наприклад, сплеск тривалістю 5 мс з наступною паузою в 10 мс) гарантує, що кожен лазерний імпульс досягає поверхні матеріалу без впливу металевого потоку, що призводить до помітно стабільного процесу зварювання, особливо вигідного для зварювання тонких листів.

Стабільна динаміка басейну розплаву

Динаміка ванни розплаву, особливо з точки зору сил, що діють на замкову щілину, має вирішальне значення для визначення якості зварного шва. Лазери безперервної дії через тривалий вплив і більші зони теплового впливу мають тенденцію створювати більші басейни розплаву, заповнені рідким металом. Це може призвести до дефектів, пов’язаних із великими басейнами розплаву, таких як обвал замкової щілини. Навпаки, сфокусована енергія та коротший час взаємодії лазерного зварювання QCW концентрують купу розплаву навколо замкової щілини, що призводить до більш рівномірного розподілу сили та меншої кількості пористості, розтріскування та бризок.