Prenumerera på våra sociala medier för snabba inlägg
Kontinuerlig våglaser
CW, en förkortning för "Continuous Wave", hänvisar till lasersystem som kan ge oavbruten laserutgång under drift. CW-lasrar kännetecknas av sin förmåga att avge laser kontinuerligt tills driften upphör, och utmärks av sin lägre toppeffekt och högre genomsnittliga effekt jämfört med andra typer av lasrar.
Brett spektrum av tillämpningar
Tack vare sin kontinuerliga utmatningsfunktion används CW-lasrar flitigt inom områden som metallbearbetning och svetsning av koppar och aluminium, vilket gör dem till en av de vanligaste och mest använda lasrarna. Deras förmåga att leverera en stabil och konsekvent energiproduktion gör dem ovärderliga i både precisionsbearbetning och massproduktion.
Processjusteringsparametrar
Att justera en CW-laser för optimal processprestanda innebär att man fokuserar på flera viktiga parametrar, inklusive effektvågform, mängd defokusering, strålfläcksdiameter och bearbetningshastighet. Noggrann inställning av dessa parametrar är avgörande för att uppnå bästa möjliga bearbetningsresultat, vilket säkerställer effektivitet och kvalitet i laserbearbetningsoperationer.
Kontinuerligt laserenergidiagram
Energifördelningens egenskaper
En anmärkningsvärd egenskap hos CW-lasrar är deras Gaussiska energifördelning, där energifördelningen i en laserstråles tvärsnitt minskar från mitten och utåt i ett Gaussiskt (normalfördelat) mönster. Denna fördelningsegenskap gör det möjligt för CW-lasrar att uppnå extremt hög fokuseringsprecision och bearbetningseffektivitet, särskilt i tillämpningar som kräver koncentrerad energifördelning.
CW-laserenergifördelningsdiagram
Fördelar med kontinuerlig våglasersvetsning (CW)
Mikrostrukturellt perspektiv
En undersökning av metallers mikrostruktur avslöjar tydliga fördelar med kontinuerlig våglasersvetsning (CW) jämfört med kvasikontinuerlig vågpulssvetsning (QCW). QCW-pulssvetsning, begränsad av sin frekvensgräns, vanligtvis runt 500 Hz, 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 val av lämpliga laserkärndiametrar och svetshuvuden, effektiv och kontinuerlig svetsning. Denna metod visar sig vara särskilt tillförlitlig i applikationer som kräver hög tätningsintegritet.
Termisk påverkanshänsyn
Ur termisk påverkanssynpunkt lider QCW-pulslasersvetsning av problemet med överlappning, vilket leder till upprepad uppvärmning av svetssömmen. Detta kan skapa inkonsekvenser mellan metallens mikrostruktur och grundmaterialet, inklusive variationer i dislokationsstorlekar och kylningshastigheter, vilket ökar risken för sprickbildning. CW-lasersvetsning, å andra sidan, undviker detta problem genom att ge en mer enhetlig och kontinuerlig uppvärmningsprocess.
Enkel justering
När det gäller drift och justering kräver QCW-lasersvetsning noggrann justering av flera parametrar, inklusive pulsfrekvens, toppeffekt, pulsbredd, arbetscykel med mera. CW-lasersvetsning förenklar justeringsprocessen och fokuserar huvudsakligen på vågform, hastighet, effekt och mängden oskärpa, vilket avsevärt minskar driftssvårigheterna.
Teknologiska framsteg inom CW-lasersvetsning
Medan QCW-lasersvetsning är känt för sin höga toppeffekt och låga värmetillförsel, vilket är fördelaktigt för svetsning av värmekänsliga komponenter och extremt tunnväggiga material, har framsteg inom CW-lasersvetsteknik, särskilt för högeffektsapplikationer (vanligtvis över 500 watt) och djupsvetsning baserad på nyckelhålseffekten, avsevärt utökat dess tillämpningsområde och effektivitet. Denna typ av laser är särskilt lämpad för material tjockare än 1 mm och uppnår höga bildförhållanden (över 8:1) trots relativt hög värmetillförsel.
Kvasikontinuerlig våg (QCW) lasersvetsning
Fokuserad energidistribution
QCW, som står för "Quasi-Continuous Wave", representerar en laserteknik där lasern avger ljus på ett diskontinuerligt sätt, såsom visas i figur a. Till skillnad från den enhetliga energifördelningen hos kontinuerliga lasrar i enläge, koncentrerar QCW-lasrar sin energi tätare. Denna egenskap ger QCW-lasrar en överlägsen energitäthet, vilket leder till starkare penetrationsförmåga. Den resulterande metallurgiska effekten liknar en "spik"-form med ett betydande djup-till-bredd-förhållande, vilket gör att QCW-lasrar kan utmärka sig i applikationer som involverar högreflekterande legeringar, värmekänsliga material och precisionsmikrosvetsning.
Förbättrad stabilitet och minskad plymstörning
En av de uttalade fördelarna med QCW-lasersvetsning är dess förmåga att mildra effekterna av metallplym på materialets absorptionshastighet, vilket leder till en mer stabil process. Under interaktion mellan laser och material kan intensiv avdunstning skapa en blandning av metallånga och plasma ovanför smältbassängen, vanligtvis kallad en metallplym. Denna plym kan skydda materialets yta från lasern, vilket orsakar instabil effekttillförsel och defekter som stänk, explosionspunkter och gropar. Emellertid säkerställer den intermittenta utsändningen från QCW-lasrar (t.ex. en 5 ms burst följt av en 10 ms paus) att varje laserpuls når materialets yta opåverkad av metallplymen, vilket resulterar i en anmärkningsvärt stabil svetsprocess, särskilt fördelaktig för tunnplåtssvetsning.
Stabil smältpooldynamik
Dynamiken i smältpoolen, särskilt när det gäller krafterna som verkar på nyckelhålet, är avgörande för att bestämma svetskvaliteten. Kontinuerliga lasrar tenderar, på grund av sin långvariga exponering och större värmepåverkade zoner, att skapa större smältpooler fyllda med flytande metall. Detta kan leda till defekter i samband med stora smältpooler, såsom nyckelhålskollaps. Däremot koncentrerar den fokuserade energin och den kortare interaktionstiden vid QCW-lasersvetsning smältpoolen runt nyckelhålet, vilket resulterar i en mer enhetlig kraftfördelning och en lägre förekomst av porositet, sprickbildning och stänk.
Minimerad värmepåverkad zon (HAZ)
Kontinuerlig lasersvetsning utsätter material för ihållande värme, vilket leder till betydande värmeledning in i materialet. Detta kan orsaka oönskad termisk deformation och spänningsinducerade defekter i tunna material. QCW-lasrar, med sin intermittenta drift, ger materialen tid att svalna, vilket minimerar den värmepåverkade zonen och värmetillförseln. Detta gör QCW-lasersvetsning särskilt lämplig för tunna material och de som är nära värmekänsliga komponenter.
Högre toppeffekt
Trots att de har samma genomsnittliga effekt som kontinuerliga lasrar uppnår QCW-lasrar högre toppeffekter och energitätheter, vilket resulterar i djupare penetration och starkare svetskapacitet. Denna fördel är särskilt uttalad vid svetsning av tunna plåtar av koppar- och aluminiumlegeringar. Däremot kan kontinuerliga lasrar med samma genomsnittliga effekt misslyckas med att göra ett märke på materialets yta på grund av lägre energitäthet, vilket leder till reflektion. Högeffekts kontinuerliga lasrar, även om de kan smälta materialet, kan uppleva en kraftig ökning av absorptionshastigheten efter smältning, vilket orsakar okontrollerbart smältdjup och värmeinmatning, vilket är olämpligt för svetsning av tunnplåt och kan resultera i antingen ingen märkning eller genombränning, vilket inte uppfyller processkraven.
Jämförelse av svetsresultat mellan CW- och QCW-lasrar
a. Kontinuerlig våglaser (CW):
- Utseendet på den laserförseglade nageln
- Utseendet på den raka svetssömmen
- Schematiskt diagram över laseremissionen
- Längsgående tvärsnitt
b. Kvasikontinuerlig våglaser (QCW):
- Utseendet på den laserförseglade nageln
- Utseendet på den raka svetssömmen
- Schematiskt diagram över laseremissionen
- Längsgående tvärsnitt
- * Källa: Artikel av Willdong, via WeChat Public Account LaserLWM.
- * Länk till originalartikeln: https://mp.weixin.qq.com/s/8uCC5jARz3dcgP4zusu-FA.
- Innehållet i den här artikeln tillhandahålls endast i utbildnings- och kommunikationssyfte, och all upphovsrätt tillhör den ursprungliga författaren. Om upphovsrättsintrång är inblandat, vänligen kontakta för att ta bort den.
Publiceringstid: 5 mars 2024