CW laser a QCW laser pri zváraní

Charakteristiky distribúcie energie

Významnou vlastnosťou CW laserov je ich Gaussovo rozloženie energie, kde sa rozloženie energie v priereze laserového lúča zmenšuje od stredu smerom von v Gaussovom (normálnom) vzore. Táto charakteristika rozloženia umožňuje CW laserom dosiahnuť extrémne vysokú presnosť zaostrovania a účinnosť spracovania, najmä v aplikáciách vyžadujúcich koncentrované rozloženie energie.

Diagram rozloženia energie kontinuálneho laseru

Výhody kontinuálneho laserového zvárania (CW)

Mikroštrukturálna perspektíva

Skúmanie mikroštruktúry kovov odhaľuje zreteľné výhody kontinuálneho laserového zvárania (CW) oproti pulznému zváraniu kvázikontinuálnou vlnou (QCW). Pulzné zváranie QCW, obmedzené svojím frekvenčným limitom, zvyčajne okolo 500 Hz, čelí kompromisu medzi mierou prekrytia a hĺbkou prieniku. Nízka miera prekrytia vedie k nedostatočnej hĺbke, zatiaľ čo vysoká miera prekrytia obmedzuje rýchlosť zvárania a znižuje účinnosť. Naproti tomu laserové zváranie CW, vďaka výberu vhodných priemerov laserového jadra a zváracích hláv, dosahuje efektívne a kontinuálne zváranie. Táto metóda sa ukazuje ako obzvlášť spoľahlivá v aplikáciách vyžadujúcich vysokú integritu tesnenia.

Zohľadnenie tepelného vplyvu

Z hľadiska tepelného vplyvu trpí pulzné laserové zváranie QCW problémom prekrývania, čo vedie k opakovanému ohrevu zvarového švu. To môže viesť k nezrovnalostiam medzi mikroštruktúrou kovu a základným materiálom, vrátane zmien vo veľkostiach dislokácií a rýchlostiach chladenia, čím sa zvyšuje riziko praskania. CW laserové zváranie na druhej strane tomuto problému predchádza tým, že zabezpečuje rovnomernejší a kontinuálnejší proces ohrevu.

Jednoduché nastavenie

Pokiaľ ide o prevádzku a nastavenie, 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 nastavenia, pričom sa zameriava hlavne na priebeh vlny, rýchlosť, výkon a mieru rozostrenia, čím výrazne znižuje prevádzkové nároky.

Technologický pokrok v kontinuálnom laserovom zváraní

Zatiaľ čo laserové zváranie QCW je známe svojim vysokým špičkovým výkonom a nízkym tepelným príkonom, čo je výhodné pre zváranie tepelne citlivých komponentov a extrémne tenkostenných materiálov, pokroky v technológii kontinuálneho laserového zvárania, najmä pre aplikácie s vysokým výkonom (zvyčajne nad 500 wattov) a hlboké prenikanie založené na efekte kľúčovej dierky, výrazne rozšírili jeho rozsah použitia a účinnosť. Tento typ laseru je vhodný najmä pre materiály hrubšie ako 1 mm a dosahuje vysoké pomery strán (viac ako 8:1) napriek relatívne vysokému tepelnému príkonu.

Kvázi-kontinuálne vlnové (QCW) laserové zváranie

Cielená distribúcia energie

QCW, skratka pre „Quasi-Continuous Wave“ (kvázikontinuálna vlna), predstavuje laserovú technológiu, pri ktorej laser vyžaruje svetlo nespojitým spôsobom, ako je znázornené na obrázku a. Na rozdiel od rovnomerného rozloženia energie jednomódových kontinuálnych laserov, QCW lasery koncentrujú svoju energiu hustejšie. Táto vlastnosť poskytuje QCW laserom vynikajúcu hustotu energie, čo sa premieta do silnejších penetračných schopností. Výsledný metalurgický efekt sa podobá tvaru „klinca“ s výrazným pomerom hĺbky k šírke, čo umožňuje QCW laserom vyniknúť v aplikáciách zahŕňajúcich zliatiny s vysokou odrazivosťou, tepelne citlivé materiály a presné mikrozváranie.

Zvýšená stabilita a znížené rušenie oblaku

Jednou z výrazných výhod laserového zvárania QCW je jeho schopnosť zmierniť vplyv kovového oblaku na rýchlosť absorpcie materiálu, čo vedie k stabilnejšiemu procesu. Počas interakcie laseru s materiálom môže intenzívne odparovanie vytvoriť zmes kovových pár a plazmy nad taveninou, bežne označovanú ako kovový oblak. Tento oblak môže chrániť povrch materiálu pred laserom, čo spôsobuje nestabilné dodávanie energie a defekty, ako sú rozstreky, body výbuchu a jamky. Prerušovaná emisia QCW laserov (napr. 5 ms impulz nasledovaný 10 ms pauzou) však zabezpečuje, že každý laserový impulz dosiahne povrch materiálu neovplyvnený kovovým oblakom, čo vedie k výrazne stabilnému procesu zvárania, ktorý je obzvlášť výhodný pre zváranie tenkých plechov.

Stabilná dynamika taveniny

Dynamika taveniny, najmä z hľadiska síl pôsobiacich na kľúčovú dierku, je kľúčová pri určovaní kvality zvaru. Kontinuálne lasery majú kvôli svojej dlhšej expozícii a väčším tepelne ovplyvneným zónam tendenciu vytvárať väčšie taveniny naplnené tekutým kovom. To môže viesť k defektom spojeným s veľkými taveninami, ako je napríklad kolaps kľúčovej dierky. Naproti tomu sústredená energia a kratší interakčný čas zvárania laserom QCW koncentrujú taveninu okolo kľúčovej dierky, čo vedie k rovnomernejšiemu rozloženiu sily a nižšiemu výskytu pórovitosti, praskania a rozstreku.