CW Laser și QCW Laser în sudură

Caracteristici de distribuție a energiei

Un atribut notabil al laserelor CW este distribuția lor de energie gaussiană, unde distribuția energetică a secțiunii transversale a unui fascicul laser se diminuează din centru spre exterior într-un model gaussian (distribuție normală). Această caracteristică de distribuție permite laserelor CW să obțină o precizie de focalizare extrem de ridicată și eficiență de procesare, în special în aplicațiile care necesită implementarea concentrată a energiei.

Diagrama de distribuție a energiei laser CW

Avantaje ale sudării cu laser continuu (CW)

Perspectivă microstructurală

Examinarea microstructurii metalelor dezvăluie avantaje distincte ale sudării laserului cu undă continuă (CW) pe sudarea pulsului cu undă cvasi-continuă (QCW). Sudarea cu impulsuri QCW, constrânsă de limita sa de frecvență, de obicei în jurul valorii de 500Hz, se confruntă cu o compensare între viteza de suprapunere și adâncimea de penetrare. O rată de suprapunere scăzută are ca rezultat o adâncime insuficientă, în timp ce o rată mare de suprapunere restricționează viteza de sudare, reducând eficiența. În schimb, sudarea cu laser CW, prin selectarea diametrelor de miez laser adecvat și a capetelor de sudare, obține o sudare eficientă și continuă. Această metodă se dovedește deosebit de fiabilă în aplicațiile care necesită o integritate ridicată a sigiliului.

Considerarea impactului termic

Din punctul de vedere al impactului termic, sudarea cu laser QCW suferă de problema suprapunerii, ceea ce duce la încălzirea repetată a cusăturii de sudură. Acest lucru poate introduce neconcordanțe între microstructura metalului și materialul părinte, inclusiv variații ale dimensiunilor de dislocare și ratele de răcire, crescând astfel riscul de fisurare. Sudarea cu laser CW, pe de altă parte, evită această problemă, oferind un proces de încălzire mai uniform și continuu.

Ușurință de ajustare

În ceea ce privește funcționarea și ajustarea, sudare laser QCW necesită reglarea minuțioasă a mai multor parametri, inclusiv frecvența de repetare a pulsului, puterea maximă, lățimea pulsului, ciclul de serviciu și multe altele. Sudarea cu laser CW simplifică procesul de ajustare, concentrându -se în principal pe forma de undă, viteză, putere și defocus, ușurând semnificativ dificultatea operațională.

Progresul tehnologic în sudarea cu laser CW

În timp ce sudarea cu laser QCW este cunoscută pentru puterea de vârf ridicată și aportul termic scăzut, benefic pentru sudarea componentelor sensibile la căldură și a materialelor cu pereți extrem de subțiri, progrese în tehnologia de sudare cu laser CW, în special pentru aplicațiile cu putere ridicată (de obicei peste 500 de wați) și sudarea de penetrare profundă bazată pe efectul cheie, au extins semnificativ gama de aplicații și eficiența. Acest tip de laser este potrivit în special pentru materiale mai groase de 1mm, obținând raporturi de aspect ridicate (peste 8: 1), în ciuda aportului de căldură relativ mare.

Sudarea cu laser cvasi-continuu (QCW)

Distribuția energiei concentrate

QCW, în picioare pentru „undă cvasi-continuă”, reprezintă o tehnologie laser în care laserul emite lumină într-un mod discontinuu, așa cum este descris în figura A. Spre deosebire de distribuția uniformă a energiei a laserelor continue cu un singur mod, laserele QCW își concentrează energia mai dens. Această caracteristică acordă QCW lasere o densitate energetică superioară, traducând în capacități de penetrare mai puternice. Efectul metalurgic rezultat este asemănător cu o formă de „unghii” cu un raport semnificativ de adâncime-lățime, permițând laserelor QCW să exceleze în aplicații care implică aliaje cu reflecție ridicată, materiale sensibile la căldură și micro-sudare de precizie.

Stabilitate sporită și interferențe reduse pe plume

Unul dintre avantajele pronunțate ale sudării laser QCW este capacitatea sa de a atenua efectele penului metalic asupra ratei de absorbție a materialului, ceea ce duce la un proces mai stabil. În timpul interacțiunii laser-materiale, evaporarea intensă poate crea un amestec de vapori metalici și plasmă deasupra piscinei topite, denumită în mod obișnuit ca o penală metalică. Acest penaj poate proteja suprafața materialului de laser, provocând livrarea de energie instabilă și defecte precum stropi, puncte de explozie și gropi. Cu toate acestea, emisia intermitentă a laserelor QCW (de exemplu, o explozie de 5ms urmată de o pauză de 10ms) asigură că fiecare puls laser ajunge la suprafața materialului neafectată de penajul metalic, rezultând un proces de sudare în special stabil, deosebit de avantajos pentru sudarea cu foi subțiri.

Dinamica stabilă a piscinei de topire

Dinamica bazinului de topire, în special în ceea ce privește forțele care acționează asupra gaurii cheie, este crucială în determinarea calității sudurii. Laserele continue, datorită expunerii lor prelungite și a zonelor mai mari afectate de căldură, tind să creeze bazine de topire mai mari umplute cu metal lichid. Acest lucru poate duce la defecte asociate cu bazine mari de topire, cum ar fi prăbușirea cheilor de cheie. În schimb, energia concentrată și timpul de interacțiune mai scurt al sudării laser QCW concentrează bazinul de topire în jurul gaurii cheie, rezultând o distribuție a forței mai uniformă și o incidență mai mică de porozitate, crăpătură și stropire.