CW Laser och QCW Laser in Welding

Energifördelningsegenskaper

Ett anmärkningsvärt attribut för CW-lasrar är deras Gaussiska energidistribution, där energifördelningen av en laserstråles tvärsnitt minskar från mitten utåt i ett Gauss-mönster (normal distribution). Denna distributionskarakteristik gör det möjligt för CW -lasrar att uppnå extremt hög fokuserande precision och bearbetningseffektivitet, särskilt i applikationer som kräver koncentrerad energiutplacering.

CW Laser Energy Distribution Diagram

Fördelar med lasersvetsning av kontinuerlig våg (CW)

Mikrostrukturellt perspektiv

Undersökning av mikrostrukturen för metaller avslöjar distinkta fördelar med kontinuerlig våg (CW) lasersvetsning över kvasi-kontinuerlig våg (QCW) pulssvetsning. QCW-pulssvetsning, begränsad av sin frekvensgräns, vanligtvis cirka 500Hz, står inför en avvägning mellan överlappningshastighet och penetrationsdjup. En låg överlappningshastighet resulterar i otillräckligt djup, medan en hög överlappningshastighet begränsar svetshastigheten, vilket minskar effektiviteten. Däremot uppnår CW -lasersvetsning, genom valet av lämpliga laserkärndiametrar och svetshuvuden, effektiv och kontinuerlig svetsning. Denna metod visar sig vara särskilt tillförlitlig i applikationer som kräver hög tätningsintegritet.

Termisk påverkan

Ur termisk påverkan, QCW Pulse Laser -svetsning lider av frågan om överlappning, vilket leder till upprepad uppvärmning av svetssömmen. Detta kan införa inkonsekvenser mellan metallens mikrostruktur och modermaterialet, inklusive variationer i dislokationsstorlekar och kylningshastigheter, vilket ökar risken för sprickor. CW -lasersvetsning, å andra sidan, undviker detta problem genom att tillhandahålla en mer enhetlig och kontinuerlig uppvärmningsprocess.

Enkel justering

När det gäller drift och justering kräver QCW -lasersvetsning noggrann inställning av flera parametrar, inklusive pulsupprepningsfrekvens, toppeffekt, pulsbredd, arbetscykel och mer. CW -lasersvetsning förenklar justeringsprocessen och fokuserar huvudsakligen på vågform, hastighet, kraft och defokusbelopp, vilket underlättar den operativa svårigheten avsevärt.

Tekniska framsteg inom CW -lasersvetsning

Medan QCW-lasersvetsning är känd för sin höga toppeffekt och låga termiska ingång, gynnsam för svetsning av värmekänsliga komponenter och extremt tunnväggiga material, har framstegen i CW-lasersvetsningstekniken, särskilt för högeffekttapplikationer (vanligtvis över 500 watt) och djup penetrationsvetsning baserat på nyckelhålseffekten, har betydligt utökat dess tillämpningsområde och effekt. Denna typ av laser är särskilt lämpad för material som är tjockare än 1 mm, vilket uppnår höga bildförhållanden (över 8: 1) trots relativt hög värmeinmatning.

Kvasi-kontinuerlig våg (QCW) lasersvetsning

Fokuserad energifördelning

QCW, som står för "kvasi-kontinuerlig våg", representerar en laserteknik där lasern avger ljus på ett diskontinuerligt sätt, såsom visas i figur A. Till skillnad från den enhetliga energifördelningen för kontinuerliga lasrar med en enda läge koncentrerar QCW-lasrar sin energi mer tätt. Denna karakteristiska ger QCW -lasrar en överlägsen energitäthet och översätter till starkare penetrationsförmåga. Den resulterande metallurgiska effekten liknar en "nagel" -form med ett betydande djup-till-breddförhållande, vilket gör att QCW-lasrar kan utmärka sig i applikationer som involverar högreflektanslegeringar, värmekänsliga material och precisionsmikro-svetsning.

Förbättrad stabilitet och minskad plommonstörning

En av de uttalade fördelarna med QCW -lasersvetsning är dess förmåga att mildra effekterna av metallplommon på materialets absorptionshastighet, vilket leder till en mer stabil process. Under lasermaterialinteraktion kan intensiv indunstning skapa en blandning av metallånga och plasma ovanför smältpoolen, ofta kallad en metallplomme. Denna plommon kan skydda materialets yta från lasern, vilket orsakar instabil kraftleverans och defekter som sprut, explosionspunkter och gropar. Emellertid säkerställer den intermittenta utsläppen av QCW-lasrar (t.ex. en 5 ms spräng följt av en 10ms paus) att varje laserpuls når materialets yta som inte påverkas av metallplommon, vilket resulterar i en särskilt stabil svetsningsprocess, särskilt fördelaktigt för tunnbladsvetsning.

Stabil smältpooldynamik

Dynamiken i smältpoolen, särskilt när det gäller krafterna som verkar på nyckelhålet, är avgörande för att bestämma svetsens kvalitet. Kontinuerliga lasrar, på grund av deras långvariga exponering och större värmepåverkade zoner, tenderar att skapa större smältpooler fyllda med flytande metall. Detta kan leda till defekter förknippade med stora smältpooler, såsom nyckelhålskollaps. Däremot koncentrerar den fokuserade energin och kortare interaktionstiden för QCW -lasersvetsning smältpoolen runt nyckelhålet, vilket resulterar i en mer enhetlig kraftfördelning och en lägre förekomst av porositet, sprickor och sprut.