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 (normalfordeling) mønster. Denne fordelingskarakteristik gør det muligt for CW-lasere at opnå ekstrem høj fokuseringspræcision og behandlingseffektivitet, især i applikationer, der kræver koncentreret energianvendelse.

CW laserenergifordelingsdiagram

Fordele ved Continuous Wave (CW) lasersvejsning

Mikrostrukturelt perspektiv

Undersøgelse af mikrostrukturen af ​​metaller afslører tydelige fordele ved Continuous Wave (CW) lasersvejsning frem for Quasi-Continuous Wave (QCW) pulssvejsning. QCW-pulssvejsning, begrænset af dens frekvensgrænse, typisk omkring 500Hz, står over for en afvejning 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 valget af passende laserkernediametre og svejsehoveder, effektiv og kontinuerlig svejsning. Denne metode viser sig at være særlig pålidelig i applikationer, der kræver høj tætningsintegritet.

Overvejelse af termisk påvirkning

Fra synspunktet om termisk påvirkning lider QCW pulslasersvejsning af problemet med overlapning, hvilket fører til gentagen opvarmning af svejsesømmen. Dette kan introducere uoverensstemmelser mellem metallets mikrostruktur og modermaterialet, herunder variationer i dislokationsstørrelser og afkølingshastigheder, og derved øge risikoen for revner. CW lasersvejsning undgår på den anden side dette problem ved at give en mere ensartet og kontinuerlig opvarmningsproces.

Nem justering

Med hensyn til drift og justering kræver QCW-lasersvejsning omhyggelig justering af flere parametre, herunder pulsgentagelsesfrekvens, spidseffekt, pulsbredde, driftscyklus og mere. CW-lasersvejsning forenkler justeringsprocessen og fokuserer hovedsageligt på bølgeformen, hastigheden, kraften og ufokuseringsmængden, hvilket væsentligt letter betjeningsproblemerne.

Teknologiske fremskridt inden for CW-lasersvejsning

Mens QCW lasersvejsning er kendt for sin høje spidseffekt og lave termiske input, gavnlig til svejsning af varmefølsomme komponenter og ekstremt tyndvæggede materialer, fremskridt inden for CW lasersvejseteknologi, især til højeffektapplikationer (typisk over 500 watt) og dyb penetrationssvejsning baseret på nøglehulseffekten har udvidet dets anvendelsesområde og effektivitet betydeligt. Denne type laser er særligt velegnet til materialer, der er tykkere end 1 mm, og opnår høje billedformater (over 8:1) på trods af relativt høj varmetilførsel.

Quasi-Continuous Wave (QCW) lasersvejsning

Fokuseret energidistribution

QCW, der står for "Quasi-Continuous Wave", repræsenterer en laserteknologi, hvor laseren udsender lys på en diskontinuerlig måde, som afbildet 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 omsættes til stærkere penetrationsevner. Den resulterende metallurgiske effekt er beslægtet med 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 faneinterferens

En af de udtalte fordele ved QCW lasersvejsning er dens evne til at afbøde virkningerne af metalfaner 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 metalfane. Denne fane kan afskærme materialets overflade fra laseren, hvilket forårsager ustabil strømforsyning og defekter som sprøjt, eksplosionspunkter og gruber. Den intermitterende emission af QCW-lasere (f.eks. en 5ms burst efterfulgt af en 10ms pause) sikrer dog, at hver laserimpuls når materialets overflade upåvirket af metalfaner, hvilket resulterer i en særdeles stabil svejseproces, som er særlig fordelagtig til tyndpladesvejsning.

Stabil smeltebassindynamik

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