Лазер CW и лазер QCW в сварке

Характеристики распределения энергии

Примечательным свойством лазеров непрерывного действия является их гауссово распределение энергии, при котором распределение энергии в поперечном сечении лазерного луча уменьшается от центра наружу по гауссову (нормальному) распределению. Эта характеристика распределения позволяет лазерам непрерывного действия достигать чрезвычайно высокой точности фокусировки и эффективности обработки, особенно в приложениях, требующих концентрированного распределения энергии.

Схема распределения энергии непрерывного лазера

Преимущества лазерной сварки непрерывной волной (CW)

Микроструктурная перспектива

Изучение микроструктуры металлов показывает явные преимущества лазерной сварки непрерывной волной (CW) перед импульсной сваркой квазинепрерывной волной (QCW). Импульсная сварка QCW, ограниченная пределом частоты, обычно около 500 Гц, сталкивается с компромиссом между скоростью перекрытия и глубиной проплавления. Низкая степень перекрытия приводит к недостаточной глубине, тогда как высокая степень перекрытия ограничивает скорость сварки, снижая эффективность. Напротив, лазерная сварка CW за счет выбора соответствующих диаметров лазерного сердечника и сварочных головок обеспечивает эффективную и непрерывную сварку. Этот метод особенно надежен в тех случаях, когда требуется высокая целостность уплотнения.

Учет термического воздействия

С точки зрения теплового воздействия, импульсная лазерная сварка QCW страдает от проблемы перекрытия, приводящей к многократному нагреву сварного шва. Это может привести к несоответствию между микроструктурой металла и исходным материалом, включая различия в размерах дислокаций и скорости охлаждения, тем самым увеличивая риск растрескивания. С другой стороны, лазерная сварка CW позволяет избежать этой проблемы, обеспечивая более равномерный и непрерывный процесс нагрева.

Легкость настройки

С точки зрения эксплуатации и настройки, лазерная сварка QCW требует тщательной настройки нескольких параметров, включая частоту повторения импульсов, пиковую мощность, ширину импульса, рабочий цикл и многое другое. Непрерывная лазерная сварка упрощает процесс настройки, уделяя особое внимание форме волны, скорости, мощности и величине расфокусировки, что значительно упрощает эксплуатацию.

Технологический прогресс в области лазерной сварки непрерывного действия

Лазерная сварка QCW известна своей высокой пиковой мощностью и низким тепловложением, что полезно для сварки термочувствительных компонентов и чрезвычайно тонкостенных материалов. Сварка с глубоким проплавлением, основанная на эффекте замочной скважины, значительно расширила диапазон ее применения и эффективность. Этот тип лазера особенно подходит для материалов толщиной более 1 мм, обеспечивая высокое соотношение сторон (более 8:1), несмотря на относительно высокое тепловложение.

Лазерная сварка квазинепрерывной волной (QCW)

Целенаправленное распределение энергии

QCW, что означает «квазинепрерывная волна», представляет собой лазерную технологию, при которой лазер излучает свет прерывистым образом, как показано на рисунке а. В отличие от одномодовых непрерывных лазеров с равномерным распределением энергии, лазеры с ККВ более плотнее концентрируют свою энергию. Эта характеристика обеспечивает лазерам QCW превосходную плотность энергии, что приводит к более высокой проникающей способности. Получаемый в результате металлургический эффект подобен форме «гвоздя» со значительным соотношением глубины к ширине, что позволяет лазерам QCW преуспевать в приложениях, связанных со сплавами с высоким коэффициентом отражения, термочувствительными материалами и прецизионной микросваркой.

Повышенная стабильность и снижение помех от шлейфа

Одним из явных преимуществ лазерной сварки QCW является ее способность смягчать влияние металлического шлейфа на скорость поглощения материала, что приводит к более стабильному процессу. Во время взаимодействия лазера с материалом интенсивное испарение может создать над ванной расплава смесь паров металла и плазмы, обычно называемую металлическим шлейфом. Этот шлейф может защитить поверхность материала от лазера, вызывая нестабильную подачу энергии и дефекты, такие как брызги, точки взрыва и ямки. Однако прерывистое излучение лазеров QCW (например, импульс длительностью 5 мс, за которым следует пауза в 10 мс) гарантирует, что каждый лазерный импульс достигнет поверхности материала, не подвергаясь воздействию металлического шлейфа, что приводит к особенно стабильному процессу сварки, что особенно выгодно для сварки тонких листов.

Стабильная динамика ванны расплава

Динамика ванны расплава, особенно с точки зрения сил, действующих на замочную скважину, имеет решающее значение для определения качества сварного шва. Лазеры непрерывного действия из-за длительного воздействия и больших зон термического воздействия имеют тенденцию создавать более крупные ванны расплава, заполненные жидким металлом. Это может привести к дефектам, связанным с большими лужами расплава, например, к разрушению замочной скважины. Напротив, сфокусированная энергия и более короткое время взаимодействия при лазерной сварке QCW концентрируют ванну расплава вокруг замочной скважины, что приводит к более равномерному распределению силы и меньшему количеству пористости, растрескивания и брызг.