Laser CW și laser QCW în sudare

Caracteristici de distribuție a energiei

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

Diagrama de distribuție a energiei cu laser CW

Avantajele sudării cu laser în undă continuă (CW).

Perspectivă microstructurală

Examinarea microstructurii metalelor dezvăluie avantaje distincte ale sudării cu laser în undă continuă (CW) față de sudarea în impulsuri cu undă cvasi-continuă (QCW). Sudarea cu impuls QCW, constrânsă de limita sa de frecvență, de obicei în jurul valorii de 500 Hz, se confruntă cu un compromis între rata de suprapunere și adâncimea de penetrare. O rată scăzută de suprapunere are ca rezultat o adâncime insuficientă, în timp ce o rată mare de suprapunere limitează viteza de sudare, reducând eficiența. În schimb, sudarea cu laser CW, prin selectarea diametrelor miezului laser și a capetelor de sudură adecvate, realizează o sudare eficientă și continuă. Această metodă se dovedește deosebit de fiabilă în aplicațiile care necesită o integritate ridicată a etanșării.

Considerarea impactului termic

Din punct de vedere al impactului termic, sudarea cu laser cu impuls QCW suferă de problema suprapunerii, ceea ce duce la încălzirea repetată a cordonului de sudură. Acest lucru poate introduce inconsecvențe între microstructura metalului și materialul de bază, inclusiv variații în dimensiunile dislocațiilor 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 mai continuu.

Ușurință de ajustare

În ceea ce privește funcționarea și reglarea, sudarea cu laser QCW necesită reglarea meticuloasă a mai multor parametri, inclusiv frecvența de repetare a impulsurilor, puterea de vârf, lățimea impulsului, ciclul de lucru și multe altele. Sudarea cu laser CW simplifică procesul de ajustare, concentrându-se în principal pe forma de undă, viteză, putere și cantitatea de defocalizare, 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, benefică pentru sudarea componentelor sensibile la căldură și a materialelor cu pereți extrem de subțiri, progresele în tehnologia de sudare cu laser CW, în special pentru aplicațiile de mare putere (de obicei peste 500 de wați) și sudarea cu penetrare adâncă bazată pe efectul de gaură a cheii și-a extins semnificativ domeniul de aplicare și eficiența. Acest tip de laser este potrivit în special pentru materiale mai groase de 1 mm, obținând raporturi de aspect ridicate (peste 8:1) în ciuda aportului de căldură relativ mare.

Sudare cu laser cu undă cvasi-continuă (QCW).

Distribuție focalizată a energiei

QCW, de la „Undă cvasi-continuă”, reprezintă o tehnologie laser în care laserul emite lumină într-o manieră discontinuă, așa cum este prezentat 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 conferă laserelor QCW o densitate superioară de energie, tradusă în capacități de penetrare mai puternice. Efectul metalurgic rezultat este asemănător cu o formă de „unghie” cu un raport semnificativ adâncime-lățime, permițând laserelor QCW să exceleze în aplicații care implică aliaje de înaltă reflexie, materiale sensibile la căldură și micro-sudare de precizie.

Stabilitate sporită și interferență redusă a penelor

Unul dintre avantajele pronunțate ale sudării cu laser QCW este capacitatea sa de a atenua efectele penei metalice asupra ratei de absorbție a materialului, ceea ce duce la un proces mai stabil. În timpul interacțiunii laser-material, evaporarea intensă poate crea un amestec de vapori de metal și plasmă deasupra bazinului de topire, denumit în mod obișnuit un pen de metal. Acest penaj poate proteja suprafața materialului de laser, provocând furnizarea instabilă a energiei și defecte precum stropi, puncte de explozie și gropi. Cu toate acestea, emisia intermitentă a laserelor QCW (de exemplu, o explozie de 5 ms urmată de o pauză de 10 ms) asigură că fiecare impuls laser ajunge la suprafața materialului neafectat de penele metalice, rezultând un proces de sudare deosebit de stabil, deosebit de avantajos pentru sudarea pe foi subțiri.

Dinamica bazinului de topire stabilă

Dinamica bazinului de topire, în special în ceea ce privește forțele care acționează asupra găurii cheii, 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 găurii cheii. În schimb, energia concentrată și timpul de interacțiune mai scurt al sudării cu laser QCW concentrează bazinul de topitură în jurul găurii cheii, rezultând o distribuție mai uniformă a forței și o incidență mai mică a porozității, fisurilor și stropilor.