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 в напречното сечение на лазерния лъч намалява от центъра навън по Гаусов (нормално разпределение) модел. 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 разпределението на енергията на CW лазера

Предимства на лазерно заваряване с непрекъсната вълна (CW)

Микроструктурна перспектива

Изследването на микроструктурата на металите разкрива ясни предимства на лазерното заваряване с непрекъсната вълна (CW) пред импулсното заваряване с квазинепрекъсната вълна (QCW). Импулсното заваряване с QCW, ограничено от честотния си лимит, обикновено около 500Hz, е изправено пред компромис между скоростта на припокриване и дълбочината на проникване. Ниската скорост на припокриване води до недостатъчна дълбочина, докато високата скорост на припокриване ограничава скоростта на заваряване, намалявайки ефективността. За разлика от това, CW лазерното заваряване, чрез избора на подходящи диаметри на лазерната сърцевина и заваръчните глави, постига ефективно и непрекъснато заваряване. Този метод се оказва особено надежден в приложения, изискващи висока цялост на уплътнението.

Вземане предвид на термичното въздействие

От гледна точка на термичното въздействие, импулсното лазерно заваряване с бърз цикъл (QCW) 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 се увеличава рискът от напукване. Непрекъснатото лазерно заваряване (CW), от друга страна, избягва този проблем, като осигурява по-равномерен и непрекъснат процес на нагряване.

Лесно регулиране

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

Технологичен напредък в непрекъснатото лазерно заваряване

Докато QCW лазерното заваряване е известно с високата си пикова мощност и ниския си топлинен вход, което е полезно за заваряване на чувствителни към топлина компоненти и изключително тънкостенни материали, напредъкът в технологията за CW 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 му. Този тип лазер е особено подходящ за материали с дебелина над 1 мм, постигайки високи съотношения на страните (над 8:1), въпреки относително високия топлинен вход.

Квазинепрекъснато вълново (QCW) лазерно заваряване

Фокусирано разпределение на енергията

QCW, съкращение от „Quasi-Continuous Wave“ (квазинепрекъсната вълна), представлява лазерна технология, при която лазерът излъчва светлина по прекъснат начин, както е показано на фигура а. За разлика от равномерното разпределение на енергията на едномодовите непрекъснати лазери, QCW лазерите концентрират енергията си по-плътно. Тази характеристика им придава превъзходна енергийна плътност, което се изразява в по-силни възможности за проникване. Полученият металургичен ефект е подобен на форма на „пирон“ със значително съотношение дълбочина-ширина, което позволява на QCW лазерите да се отличат в приложения, включващи сплави с висока отражателна способност, термочувствителни материали и прецизно микрозаваряване.

Подобрена стабилност и намалени смущения от струята

Едно от ясно изразените предимства на QCW лазерното заваряване е способността му да смекчава ефектите на металния шлейф върху скоростта на абсорбция на материала, което води до по-стабилен процес. По време на взаимодействието лазер-материал, интензивното изпарение може да създаде смес от метални пари и плазма над басейна със стопилка, обикновено наричана метален шлейф. Този шлейф може да предпази повърхността на материала от лазера, причинявайки нестабилно подаване на мощност и дефекти като пръски, точки на експлозия и ями. Прекъснатото излъчване на QCW лазерите (напр. 5ms импулс, последван от 10ms пауза) обаче гарантира, че всеки лазерен импулс достига повърхността на материала, незасегнат от металния шлейф, което води до забележително стабилен процес на заваряване, особено предимство за заваряване на тънки листове.

Стабилна динамика на басейна на стопилката

Динамиката на стопилката, особено по отношение на силите, действащи върху отвора за ключалката, е от решаващо значение за определяне на качеството на заварката. Непрекъснатите лазери, поради продължителното си облъчване и по-големите зони, засегнати от топлина, са склонни да създават по-големи стопилки, пълни с течен метал. Това може да доведе до дефекти, свързани с големи стопилки, като например колапс на отвора за ключалката. За разлика от това, фокусираната енергия и по-краткото време на взаимодействие при QCW лазерното заваряване концентрират стопилката около отвора за ключалката, което води до по-равномерно разпределение на силата и по-ниска честота на порьозност, напукване и пръски.