CW laser a QCW laser vo zváraní

Charakteristiky distribúcie energie

Pozoruhodným atribútom CW laserov je ich gaussovská distribúcia energie, kde distribúcia energie prierezu laserového lúča znižuje zo stredu smerom von v gaussovskom (normálnom distribúcii) vzorcovi. Táto distribučná charakteristika umožňuje CW laserom dosiahnuť extrémne vysokú presnosť zamerania a účinnosť spracovania, najmä v aplikáciách vyžadujúcich koncentrované nasadenie energie.

CW Schéma distribúcie laserovej energie

Výhody laserového zvárania kontinuálnej vlny (CW)

Mikroštrukturálna perspektíva

Skúmanie mikroštruktúry kovov odhaľuje výrazné výhody laserového zvárania kontinuálnej vlny (CW) nad zváraním impulzov kvázi kontinuálnej vlny (QCW). Zváranie impulzov QCW, obmedzené jeho frekvenčným limitom, zvyčajne okolo 500 Hz, čelí kompromisu medzi rýchlosťou prekrývania a hĺbkou penetrácie. Nízka miera prekrývania vedie k nedostatočnej hĺbke, zatiaľ čo rýchlosť vysokej prekrývania obmedzuje rýchlosť zvárania, čím sa znižuje účinnosť. Naopak, laserové zváranie CW, výberom vhodných priemerov laserového jadra a zváracích hláv, dosahuje efektívne a nepretržité zváranie. Táto metóda sa ukazuje obzvlášť spoľahlivá v aplikáciách vyžadujúcich vysokú integritu tesnenia.

Zváženie tepelného vplyvu

Z hľadiska tepelného nárazu trpí laserovým zváraním QCW pulzom laserom zvárania problémom prekrývania, čo vedie k opakovanému zahrievaniu zvarového švu. To môže zaviesť nezrovnalosti medzi mikroštruktúrou kovu a materským materiálom, vrátane variácií vo veľkosti dislokácie a rýchlosti chladenia, čím sa zvyšuje riziko praskania. Na druhej strane sa CW Laser Welding vyhýba tomuto problému tým, že poskytuje rovnomernejší a kontinuálny proces vykurovania.

Ľahké nastavenie

Pokiaľ ide o prevádzku a úpravu, laserové zváranie QCW vyžaduje dôkladné ladenie niekoľkých parametrov, vrátane frekvencie opakovania impulzov, špičkového výkonu, šírky impulzu, pracovného cyklu a ďalších. CW laserové zváranie zjednodušuje proces úpravy so zameraním hlavne na tvar vlny, rýchlosť, energiu a množstvo rozostrenia, čo výrazne zmierňuje prevádzkové ťažkosti.

Technologický pokrok pri laserovom zváraní CW

Zatiaľ čo laserové zváranie QCW je známe svojím vysokým maximálnym výkonom a nízkym tepelným vstupom, ktoré sú prospešné pre zváracie komponenty citlivé na teplo a extrémne tenké steny, pokroky v technológii CW laserového zvárania, najmä pre aplikácie s vysokým výkonom (zvyčajne nad 500 Watts) a hlboké zváranie penetrácie na základe efektu Keyhole, výrazne expanzovali jeho aplikáciu a účinnosť. Tento typ laseru je obzvlášť vhodný pre materiály hrubšie ako 1 mm, čo dosahuje vysoké pomery strán (nad 8: 1) napriek relatívne vysokým tepelným vstupom.

Laserové zváranie kvázi kontinuálnej vlny (QCW)

Zameraná distribúcia energie

QCW, ktorá stojí za „kvázi kontinuálnu vlnu“, predstavuje laserovú technológiu, v ktorej laser emituje svetlo diskontinuálnym spôsobom, ako je znázornené na obrázku A. Na rozdiel od rovnomerného rozloženia energetiky kontinuálnych laserov s jedným režimom, lasery QCW sústreďujú svoju energiu hustejšie. Táto charakteristika poskytuje laserom QCW vynikajúcu hustotu energie, ktorá sa premieta do silnejších prienikových schopností. Výsledný metalurgický účinok je podobný tvaru „nechtov“ s významným pomerom hĺbky k šírke, čo umožňuje laserom QCW vynikať v aplikáciách zahŕňajúcich zliatiny s vysokou reflektom, materiály citlivé na teplo a presné mikro zváranie.

Zvýšená stabilita a znížené rušenie oblaku

Jednou z výrazných výhod laserového zvárania QCW je jeho schopnosť zmierniť účinky kovového oblaku na rýchlosť absorpcie materiálu, čo vedie k stabilnejšiemu procesu. Počas interakcie s laserom materiálu môže intenzívne odparovanie vytvoriť zmes kovovej pary a plazmy nad bazénom taveniny, ktorá sa bežne označuje ako kovový oblak. Tento oblak môže chrániť povrch materiálu pred laserom, čo spôsobuje nestabilné dodávanie energie a defekty, ako je rozstrek, výbuchové body a jamy. Intermitentná emisia laserov QCW (napr. 5 ms, po ktorom nasleduje pauza 10 ms), zaisťuje, že každý laserový impulz dosiahne povrch materiálu, ktorý nie je ovplyvnený kovovým oblakom, čo vedie k výrazne stabilnému procesu zvárania, čo je obzvlášť výhodné pre zváranie tenkých listov.

Stabilná dynamika bazénu taveniny

Pri určovaní kvality zvaru je rozhodujúca dynamika fondu taveniny, najmä pokiaľ ide o sily pôsobiace na kľúčovú dierku. Nepretržité lasery kvôli ich predĺženej expozícii a väčším zónom postihnutým teplom majú tendenciu vytvárať väčšie taveniny plné tekutých kovov. To môže viesť k defektom spojeným s veľkými bazénmi taveniny, ako je kolaps kľúčovej dierky. Naopak, zaostrená energia a kratšia interakcia laserového zvárania QCW koncentrujú taveninu okolo kľúčovej dierky, čo vedie k rovnomernejšiemu rozdeleniu sily a nižšiemu výskytu pórovitosti, krakovania a rozstrekovania.