CW-laser og QCW-laser i svejsning

Energifordelingskarakteristika

En bemærkelsesværdig egenskab ved CW-lasere er deres Gaussiske energifordeling, hvor energifordelingen af ​​en laserstråles tværsnit aftager fra midten og udad i et Gaussisk (normalfordelings) mønster. Denne fordelingsegenskab gør det muligt for CW-lasere at opnå ekstremt høj fokuseringspræcision og behandlingseffektivitet, især i applikationer, der kræver koncentreret energiudnyttelse.

CW-laserenergifordelingsdiagram

Fordele ved kontinuerlig bølgelasersvejsning (CW)

Mikrostrukturelt perspektiv

En undersøgelse af metallers mikrostruktur afslører klare fordele ved kontinuerlig bølge (CW) lasersvejsning i forhold til kvasikontinuerlig bølge (QCW) pulssvejsning. QCW-pulssvejsning, begrænset af sin frekvensgrænse, typisk omkring 500 Hz, står over for et kompromis mellem overlapningshastighed og indtrængningsdybde. En lav overlapningshastighed resulterer i utilstrækkelig dybde, hvorimod en høj overlapningshastighed begrænser svejsehastigheden, hvilket reducerer effektiviteten. I modsætning hertil opnår CW-lasersvejsning, gennem valg af passende laserkernediametre og svejsehoveder, effektiv og kontinuerlig svejsning. Denne metode viser sig at være særligt pålidelig i applikationer, der kræver høj tætningsintegritet.

Overvejelse af termisk påvirkning

Fra et termisk stødsynspunkt lider QCW-pulslasersvejsning af problemet med overlapning, hvilket fører til gentagen opvarmning af svejsesømmen. Dette kan medføre uoverensstemmelser mellem metallets mikrostruktur og grundmaterialet, herunder variationer i dislokationsstørrelser og afkølingshastigheder, hvilket øger risikoen for revner. CW-lasersvejsning undgår derimod dette problem ved at give en mere ensartet og kontinuerlig opvarmningsproces.

Nem justering

Med hensyn til betjening og justering kræver QCW-lasersvejsning omhyggelig justering af flere parametre, herunder pulsrepetitionsfrekvens, peak-effekt, pulsbredde, duty cycle og mere. CW-lasersvejsning forenkler justeringsprocessen og fokuserer primært på bølgeform, hastighed, effekt og defokuseringsmængde, hvilket letter driftsvanskelighederne betydeligt.

Teknologiske fremskridt inden for CW-lasersvejsning

Mens QCW-lasersvejsning er kendt for sin høje peakeffekt og lave termiske input, hvilket er gavnligt for svejsning af varmefølsomme komponenter og ekstremt tyndvæggede materialer, har fremskridt inden for CW-lasersvejsningsteknologi, især til højeffektapplikationer (typisk over 500 watt) og dybpenetrationssvejsning baseret på nøglehulseffekten, udvidet dens anvendelsesområde og effektivitet betydeligt. Denne type laser er især velegnet til materialer tykkere end 1 mm og opnår høje aspektforhold (over 8:1) på trods af relativt høj varmeinput.

Kvasi-kontinuerlig bølge (QCW) lasersvejsning

Fokuseret energidistribution

QCW, der står for "Quasi-Continuous Wave", repræsenterer en laserteknologi, hvor laseren udsender lys på en diskontinuerlig måde, som vist i figur a. I modsætning til den ensartede energifordeling af single-mode kontinuerlige lasere koncentrerer QCW-lasere deres energi tættere. Denne egenskab giver QCW-lasere en overlegen energitæthed, hvilket resulterer i stærkere penetrationsevner. Den resulterende metallurgiske effekt minder om en "søm"-form med et betydeligt dybde-til-bredde-forhold, hvilket gør det muligt for QCW-lasere at udmærke sig i applikationer, der involverer højreflekterende legeringer, varmefølsomme materialer og præcisionsmikrosvejsning.

Forbedret stabilitet og reduceret interferens fra røgfanen

En af de udtalte fordele ved QCW-lasersvejsning er dens evne til at afbøde virkningerne af metalrøg på materialets absorptionshastighed, hvilket fører til en mere stabil proces. Under laser-materiale-interaktion kan intens fordampning skabe en blanding af metaldamp og plasma over smeltebassinet, almindeligvis omtalt som en metalrøg. Denne røg kan beskytte materialets overflade mod laseren, hvilket forårsager ustabil strømforsyning og defekter som sprøjt, eksplosionspunkter og huller. Den intermitterende emission fra QCW-lasere (f.eks. et 5 ms burst efterfulgt af en 10 ms pause) sikrer dog, at hver laserpuls når materialets overflade upåvirket af metalrøg, hvilket resulterer i en bemærkelsesværdig stabil svejseproces, hvilket er særligt fordelagtigt for tyndpladesvejsning.

Stabil smeltebassindynamik

Dynamikken i smeltebadet, især med hensyn til de kræfter, der virker på nøglehullet, er afgørende for at bestemme svejsningens kvalitet. Kontinuerlige lasere har på grund af deres forlængede eksponering og større varmepåvirkede zoner en tendens til at skabe større smeltebade fyldt med flydende metal. Dette kan føre til defekter forbundet med store smeltebade, såsom nøglehulskollaps. I modsætning hertil koncentrerer den fokuserede energi og kortere interaktionstid ved QCW-lasersvejsning smeltebadet omkring nøglehullet, hvilket resulterer i en mere ensartet kraftfordeling og en lavere forekomst af porøsitet, revner og sprøjt.