CW laser a QCW laser vo zváraní

Charakteristiky distribúcie energie

Pozoruhodným atribútom CW laserov je ich gaussovská distribúcia energie, kde sa distribúcia energie prierezu laserového lúča zmenšuje od stredu smerom von v gaussovskom (normálnom rozložení) vzore.Táto charakteristika distribúcie umožňuje CW laserom dosahovať extrémne vysokú presnosť zaostrovania a efektivitu spracovania, najmä v aplikáciách vyžadujúcich nasadenie koncentrovanej energie.

Schéma distribúcie energie CW lasera

Výhody laserového zvárania s kontinuálnou vlnou (CW).

Mikroštrukturálna perspektíva

Skúmanie mikroštruktúry kovov odhaľuje výrazné výhody laserového zvárania kontinuálnou vlnou (CW) oproti pulznému zváraniu kvázi kontinuálnou vlnou (QCW).Pulzné zváranie QCW, obmedzené frekvenčným limitom, zvyčajne okolo 500 Hz, čelí kompromisu medzi rýchlosťou prekrývania a hĺbkou prieniku.Nízka miera prekrytia má za následok nedostatočnú hĺbku, zatiaľ čo vysoká miera prekrytia obmedzuje rýchlosť zvárania, čím sa znižuje účinnosť.Naproti tomu CW laserové zváranie prostredníctvom výberu vhodných priemerov laserových jadier a zváracích hláv dosahuje efektívne a kontinuálne zváranie.Táto metóda je obzvlášť spoľahlivá v aplikáciách vyžadujúcich vysokú integritu tesnenia.

Zváženie tepelného vplyvu

Z hľadiska tepelného vplyvu QCW pulzné laserové zváranie trpí problémom prekrývania, čo vedie k opakovanému zahrievaniu zvarového švu.To môže spôsobiť nezrovnalosti medzi mikroštruktúrou kovu a základným materiálom, vrátane variácií vo veľkostiach dislokácií a rýchlosti ochladzovania, čím sa zvyšuje riziko praskania.CW laserové zváranie sa na druhej strane vyhýba tomuto problému tým, že poskytuje rovnomernejší a kontinuálnejší proces ohrevu.

Jednoduché nastavenie

Pokiaľ ide o prevádzku a nastavenie, laserové zváranie QCW vyžaduje starostlivé vyladenie niekoľkých parametrov, vrátane frekvencie opakovania impulzov, špičkového výkonu, šírky impulzu, pracovného cyklu a ďalších.CW laserové zváranie zjednodušuje proces nastavovania, pričom sa zameriava hlavne na tvar vlny, rýchlosť, výkon a množstvo rozostrenia, čo výrazne znižuje prevádzkové ťažkosti.

Technologický pokrok v CW laserovom zváraní

Zatiaľ čo QCW laserové zváranie 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 CW laserového zvárania, najmä pre aplikácie s vysokým výkonom (zvyčajne nad 500 wattov) a zváranie s hlbokým prienikom založené na efekte kľúčovej dierky, výrazne rozšírili rozsah použitia a účinnosť.Tento typ lasera je vhodný najmä pre materiály hrubšie ako 1 mm, pričom dosahuje vysoké pomery strán (viac ako 8:1) napriek relatívne vysokému tepelnému príkonu.

Kvázi-kontinuálne vlnové (QCW) laserové zváranie

Zameraná distribúcia energie

QCW, čo je skratka pre "Quasi-Continuous Wave", predstavuje laserovú technológiu, kde laser vyžaruje svetlo prerušovaným spôsobom, ako je znázornené na obrázku a.Na rozdiel od rovnomernej distribúcie energie kontinuálnych laserov s jedným režimom, lasery QCW koncentrujú svoju energiu hustejšie.Táto charakteristika poskytuje laserom QCW vynikajúcu hustotu energie, čo sa premieta do silnejších penetračných schopností.Výsledný metalurgický efekt je podobný tvaru „klinca“ s výrazným pomerom hĺbky k šírke, čo umožňuje laserom QCW vynikať v aplikáciách zahŕňajúcich zliatiny s vysokou odrazivosťou, materiály citlivé na teplo a presné mikrozváranie.

Vylepšená stabilita a znížené rušenie vlečkou

Jednou z výrazných výhod QCW laserového zvárania je jeho schopnosť zmierniť účinky oblaku kovu na rýchlosť absorpcie materiálu, čo vedie k stabilnejšiemu procesu.Počas interakcie laser-materiál môže intenzívne odparovanie vytvoriť zmes kovových pár a plazmy nad kúpeľom taveniny, bežne označovanú ako kovový oblak.Tento oblak môže chrániť povrch materiálu pred laserom, čo spôsobuje nestabilnú dodávku energie a defekty, ako sú rozstrek, miesta výbuchu a jamy.Avšak prerušované vyžarovanie QCW laserov (napr. 5 ms impulz nasledovaný 10 ms pauzou) zaisťuje, že každý laserový impulz dosiahne povrch materiálu neovplyvnený kovovým oblakom, čo vedie k pozoruhodne stabilnému zváraciemu procesu, obzvlášť výhodnému pri zváraní tenkých plechov.

Stabilná dynamika taveniny

Dynamika taveniny, najmä z hľadiska síl pôsobiacich na kľúčovú dierku, je rozhodujúca pri určovaní kvality zvaru.Kontinuálne lasery majú v dôsledku dlhej expozície a väčších tepelne ovplyvnených zón tendenciu vytvárať väčšie tavné bazény naplnené tekutým kovom.To môže viesť k poruchám spojeným s veľkými bazénmi taveniny, ako je kolaps kľúčovej dierky.Na rozdiel od toho, sústredená energia a kratší čas interakcie laserového zvárania QCW sústreďuje taveninu okolo kľúčovej dierky, čo vedie k rovnomernejšiemu rozloženiu sily a nižšiemu výskytu pórovitosti, praskania a rozstreku.