Prenumerera på våra sociala medier för ett snabbt inlägg
Kontinuerlig våglaser
CW, en akronym för "Continuous Wave", hänvisar till lasersystem som kan ge oavbruten laserutgång under drift. Kännetecknas av deras förmåga att avge laser kontinuerligt tills driften upphör, kännetecknas CW-lasrar av sin lägre toppeffekt och högre medeleffekt i jämförelse med andra typer av lasrar.
Omfattande applikationer
På grund av deras kontinuerliga utmatningsfunktion finner CW-lasrar omfattande användning inom områden som metallskärning och svetsning av koppar och aluminium, vilket gör dem till de vanligaste och mest använda typerna av lasrar. Deras förmåga att leverera stadig och konsekvent energiproduktion gör dem ovärderliga i både precisionsbearbetning och massproduktionsscenarier.
Processjusteringsparametrar
Att justera en CW-laser för optimal processprestanda innebär fokusering på flera nyckelparametrar, inklusive effektvågform, defokuseringsmängd, strålpunktsdiameter och bearbetningshastighet. Exakt justering av dessa parametrar är avgörande för att uppnå bästa bearbetningsresultat, säkerställa effektivitet och kvalitet i laserbearbetningsoperationer.
Kontinuerligt laserenergidiagram
Energidistributionsegenskaper
En anmärkningsvärd egenskap hos CW-lasrar är deras gaussiska energifördelning, där energifördelningen av en laserstråles tvärsnitt minskar från mitten och utåt i ett Gaussiskt (normalfördelning) mönster. Denna fördelningsegenskap gör att CW-lasrar kan uppnå extremt hög fokuseringsprecision och bearbetningseffektivitet, särskilt i applikationer som kräver koncentrerad energianvändning.
CW laserenergidistributionsdiagram
Fördelar med Continuous Wave (CW) Lasersvetsning
Mikrostrukturellt perspektiv
Att undersöka mikrostrukturen hos metaller avslöjar distinkta fördelar med Continuous Wave (CW) lasersvetsning jämfört med Quasi-Continuous Wave (QCW) pulssvetsning. QCW-pulssvetsning, begränsad av dess frekvensgräns, vanligtvis runt 500 Hz, står inför en kompromiss 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.
Övervägande av termisk påverkan
Ur termisk påverkans synvinkel lider QCW-pulslasersvetsning av problemet med överlappning, vilket leder till upprepad uppvärmning av svetsfogen. Detta kan introducera inkonsekvenser mellan metallens mikrostruktur och modermaterialet, inklusive variationer i dislokationsstorlekar och kylningshastigheter, vilket ökar risken för sprickbildning. 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 pulsrepetitionsfrekvens, toppeffekt, pulsbredd, arbetscykel och mer. CW-lasersvetsning förenklar justeringsprocessen och fokuserar huvudsakligen på vågformen, hastigheten, kraften och defokuseringsmängden, vilket avsevärt underlättar operativa svårigheter.
Tekniska framsteg inom CW-lasersvetsning
Medan QCW-lasersvetsning är känd för sin höga toppeffekt och låga termiska ingång, fördelaktigt för svetsning av värmekänsliga komponenter och extremt tunnväggiga material, framsteg inom CW-lasersvetsteknik, särskilt för högeffektapplikationer (vanligtvis över 500 watt) och djup penetrationssvetsning baserad på nyckelhålseffekten har avsevärt utökat dess tillämpningsområde och effektivitet. Den här typen av laser är särskilt lämpad för material som är tjockare än 1 mm och uppnår höga bildförhållanden (över 8:1) trots relativt hög värmetillförsel.
Quasi-Continuous Wave (QCW) lasersvetsning
Fokuserad energidistribution
QCW, som står för "Quasi-Continuous Wave", representerar en laserteknik där lasern emitterar ljus på ett diskontinuerligt sätt, som avbildas i figur a. Till skillnad från den enhetliga energifördelningen för kontinuerliga enkellägeslasrar, 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 förhållande mellan djup och bredd, vilket gör att QCW-lasrar kan utmärka sig i tillämpningar 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, vanligen kallad en metallplym. Denna plym kan skydda materialets yta från lasern, vilket orsakar instabil krafttillförsel och defekter som stänk, explosionspunkter och gropar. Den intermittenta emissionen av QCW-lasrar (t.ex. en skur på 5 ms följt av en paus på 10 ms) säkerställer dock att varje laserpuls når materialets yta opåverkad av metallplym, vilket resulterar i en särskilt stabil svetsprocess, särskilt fördelaktig för tunnplåtssvetsning.
Stabil smältbassängdynamik
Dynamiken i smältbassängen, 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 i samband med stora smältbassänger, 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 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, tillåter material tid att svalna, vilket minimerar den värmepåverkade zonen och den termiska ingången. Detta gör QCW-lasersvetsning särskilt lämplig för tunna material och de 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 svetsförmåga. 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 termisk ingång, vilket är olämpligt för tunnplåtssvetsning och kan resultera i antingen ingen markering eller brännskador - genom att inte uppfylla processkraven.
Jämförelse av svetsresultat mellan CW- och QCW-lasrar
a. Continuous Wave (CW) Laser:
- Utseendet på den laserförseglade nageln
- Utseendet på den raka svetssömmen
- Schematiskt diagram över laseremissionen
- Längsgående tvärsnitt
b. Quasi-Continuous Wave (QCW) laser:
- 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 originalartikel: https://mp.weixin.qq.com/s/8uCC5jARz3dcgP4zusu-FA.
- Innehållet i denna artikel tillhandahålls endast för lärande och kommunikationsändamål, och all upphovsrätt tillhör den ursprungliga författaren. Om upphovsrättsintrång är inblandat, vänligen kontakta för att ta bort.
Posttid: Mar-05-2024