CW лазер и QCW лазер в заваряването

Характеристики на разпределението на енергията

Забележителна характеристика на CW лазерите е тяхното гаусово разпределение на енергията, при което разпределението на енергията на напречното сечение на лазерния лъч намалява от центъра навън по модел на Гаус (нормално разпределение). Тази характеристика на разпределение позволява на CW лазерите да постигнат изключително висока прецизност на фокусиране и ефективност на обработка, особено в приложения, изискващи концентрирано разгръщане на енергия.

Диаграма на разпределение на енергията на CW лазера

Предимства на лазерното заваряване с непрекъсната вълна (CW).

Микроструктурна перспектива

Изследването на микроструктурата на металите разкрива различни предимства на лазерното заваряване с непрекъсната вълна (CW) пред импулсното заваряване с квази-непрекъсната вълна (QCW). QCW импулсното заваряване, ограничено от своята честотна граница, обикновено около 500Hz, е изправено пред компромис между скоростта на припокриване и дълбочината на проникване. Ниската степен на припокриване води до недостатъчна дълбочина, докато високата степен на припокриване ограничава скоростта на заваряване, намалявайки ефективността. Обратно, CW лазерното заваряване, чрез избора на подходящи диаметри на лазерната сърцевина и заваръчни глави, постига ефективно и непрекъснато заваряване. Този метод се оказва особено надежден в приложения, изискващи висока цялост на уплътнението.

Разглеждане на термично въздействие

От гледна точка на термично въздействие, QCW импулсното лазерно заваряване страда от проблема с припокриването, което води до многократно нагряване на заваръчния шев. Това може да доведе до несъответствия между микроструктурата на метала и основния материал, включително вариации в размерите на дислокациите и скоростите на охлаждане, като по този начин увеличава риска от напукване. CW лазерното заваряване, от друга страна, избягва този проблем, като осигурява по-равномерен и непрекъснат процес на нагряване.

Лесна настройка

По отношение на работа и настройка, QCW лазерното заваряване изисква щателна настройка на няколко параметъра, включително честота на повторение на импулса, пикова мощност, ширина на импулса, работен цикъл и др. CW лазерното заваряване опростява процеса на настройка, като се фокусира главно върху формата на вълната, скоростта, мощността и степента на разфокусиране, значително облекчавайки оперативните трудности.

Технологичен прогрес в CW лазерното заваряване

Докато QCW лазерното заваряване е известно със своята висока пикова мощност и ниска топлинна мощност, благоприятно за заваряване на чувствителни към топлина компоненти и изключително тънкостенни материали, напредъкът в CW технологията за лазерно заваряване, особено за приложения с висока мощност (обикновено над 500 вата) и заваряването с дълбоко проникване, базирано на ефекта на ключалката, значително разшири обхвата на приложение и ефективността си. Този тип лазер е особено подходящ за материали, по-дебели от 1 mm, като постига високи аспектни съотношения (над 8:1) въпреки относително високото входящо количество топлина.

Лазерно заваряване с квазинепрекъсната вълна (QCW).

Фокусирано разпределение на енергията

QCW, означаващо „квази-непрекъсната вълна“, представлява лазерна технология, при която лазерът излъчва светлина по прекъснат начин, както е показано на фигура a. За разлика от равномерното разпределение на енергията на едномодовите непрекъснати лазери, QCW лазерите концентрират енергията си по-плътно. Тази характеристика предоставя на QCW лазерите превъзходна енергийна плътност, превръщайки се в по-силни способности за проникване. Полученият металургичен ефект е подобен на форма на "нокът" със значително съотношение на дълбочина към ширина, което позволява на QCW лазерите да се отличават в приложения, включващи сплави с висока отразяваща способност, чувствителни на топлина материали и прецизно микрозаваряване.

Подобрена стабилност и намалена намеса на струята

Едно от ясно изразените предимства на QCW лазерното заваряване е способността му да смекчава ефектите от металния поток върху скоростта на абсорбция на материала, което води до по-стабилен процес. По време на взаимодействието между лазер и материал, интензивното изпарение може да създаде смес от метални пари и плазма над басейна от стопилка, обикновено наричана метална струя. Тази струя може да предпази повърхността на материала от лазера, причинявайки нестабилно захранване и дефекти като пръски, точки на експлозия и ями. Въпреки това, периодичното излъчване на QCW лазерите (напр. 5ms избухване, последвано от 10ms пауза) гарантира, че всеки лазерен импулс достига повърхността на материала, незасегната от метална струя, което води до изключително стабилен процес на заваряване, особено изгоден за заваряване на тънки листове.

Стабилна динамика на стопилката

Динамиката на басейна от стопилка, особено по отношение на силите, действащи върху ключалката, е от решаващо значение за определяне на качеството на заваръчния шев. Непрекъснатите лазери, поради тяхното продължително излагане и по-големи зони, засегнати от топлина, са склонни да създават по-големи басейни от стопилка, пълни с течен метал. Това може да доведе до дефекти, свързани с големи басейни от стопилка, като срутване на ключалката. За разлика от това, фокусираната енергия и по-краткото време на взаимодействие на QCW лазерното заваряване концентрират стопилката около ключалката, което води до по-равномерно разпределение на силата и по-ниска честота на порьозност, напукване и пръски.