CW λέιζερ και QCW λέιζερ στη συγκόλληση

Χαρακτηριστικά Κατανομής Ενέργειας

Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό των λέιζερ CW είναι η Γκαουσιανή κατανομή ενέργειας, όπου η κατανομή ενέργειας της διατομής μιας δέσμης λέιζερ μειώνεται από το κέντρο προς τα έξω σε ένα Γκαουσιανό (κανονική κατανομή) μοτίβο. Αυτό το χαρακτηριστικό κατανομής επιτρέπει στα λέιζερ CW να επιτυγχάνουν εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια εστίασης και απόδοση επεξεργασίας, ειδικά σε εφαρμογές που απαιτούν συγκεντρωμένη ανάπτυξη ενέργειας.

Διάγραμμα Κατανομής Ενέργειας CW Laser

Πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ συνεχούς κύματος (CW)

Μικροδομική Προοπτική

Η εξέταση της μικροδομής των μετάλλων αποκαλύπτει σαφή πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ συνεχούς κύματος (CW) έναντι της παλμικής συγκόλλησης με σχεδόν συνεχές κύματος (QCW). Η παλμική συγκόλληση QCW, περιορισμένη από το όριο συχνότητάς της, συνήθως γύρω στα 500Hz, αντιμετωπίζει μια αντιστάθμιση μεταξύ του ρυθμού επικάλυψης και του βάθους διείσδυσης. Ένας χαμηλός ρυθμός επικάλυψης έχει ως αποτέλεσμα ανεπαρκές βάθος, ενώ ένας υψηλός ρυθμός επικάλυψης περιορίζει την ταχύτητα συγκόλλησης, μειώνοντας την απόδοση. Αντίθετα, η συγκόλληση με λέιζερ CW, μέσω της επιλογής κατάλληλων διαμέτρων πυρήνα λέιζερ και κεφαλών συγκόλλησης, επιτυγχάνει αποτελεσματική και συνεχή συγκόλληση. Αυτή η μέθοδος αποδεικνύεται ιδιαίτερα αξιόπιστη σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ακεραιότητα στεγανοποίησης.

Εξέταση Θερμικής Επίδρασης

Από την άποψη της θερμικής πρόσκρουσης, η συγκόλληση με παλμικό λέιζερ QCW υποφέρει από το πρόβλημα της επικάλυψης, που οδηγεί σε επαναλαμβανόμενη θέρμανση της ραφής συγκόλλησης. Αυτό μπορεί να προκαλέσει ασυνέπειες μεταξύ της μικροδομής του μετάλλου και του αρχικού υλικού, συμπεριλαμβανομένων των διακυμάνσεων στα μεγέθη των εξάρσεων και των ρυθμών ψύξης, αυξάνοντας έτσι τον κίνδυνο ρωγμών. Η συγκόλληση με λέιζερ CW, από την άλλη πλευρά, αποφεύγει αυτό το πρόβλημα παρέχοντας μια πιο ομοιόμορφη και συνεχή διαδικασία θέρμανσης.

Ευκολία προσαρμογής

Όσον αφορά τη λειτουργία και τη ρύθμιση, η συγκόλληση με λέιζερ QCW απαιτεί σχολαστική ρύθμιση διαφόρων παραμέτρων, όπως η συχνότητα επανάληψης παλμών, η μέγιστη ισχύς, το πλάτος παλμού, ο κύκλος λειτουργίας και άλλα. Η συγκόλληση με λέιζερ CW απλοποιεί τη διαδικασία ρύθμισης, εστιάζοντας κυρίως στην κυματομορφή, την ταχύτητα, την ισχύ και την ποσότητα αποεστίασης, μειώνοντας σημαντικά τη δυσκολία λειτουργίας.

Τεχνολογική Πρόοδος στη Συγκόλληση με Λέιζερ CW

Ενώ η συγκόλληση με λέιζερ QCW είναι γνωστή για την υψηλή μέγιστη ισχύ και τη χαμηλή θερμική είσοδο, ωφέλιμη για τη συγκόλληση εξαρτημάτων ευαίσθητων στη θερμότητα και υλικών εξαιρετικά λεπτών τοιχωμάτων, οι εξελίξεις στην τεχνολογία συγκόλλησης με λέιζερ CW, ειδικά για εφαρμογές υψηλής ισχύος (συνήθως άνω των 500 watt) και η συγκόλληση βαθιάς διείσδυσης με βάση το φαινόμενο κλειδαρότρυπας, έχουν επεκτείνει σημαντικά το εύρος εφαρμογής και την αποτελεσματικότητά της. Αυτός ο τύπος λέιζερ είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για υλικά πάχους άνω του 1 mm, επιτυγχάνοντας υψηλές αναλογίες διαστάσεων (πάνω από 8:1) παρά τη σχετικά υψηλή θερμική είσοδο.

Συγκόλληση με λέιζερ σχεδόν συνεχούς κύματος (QCW)

Εστιασμένη Κατανομή Ενέργειας

Το QCW, που σημαίνει "Quasi-Continuous Wave", αντιπροσωπεύει μια τεχνολογία λέιζερ όπου το λέιζερ εκπέμπει φως με ασυνεχή τρόπο, όπως απεικονίζεται στο σχήμα α. Σε αντίθεση με την ομοιόμορφη κατανομή ενέργειας των συνεχών λέιζερ μονής λειτουργίας, τα λέιζερ QCW συγκεντρώνουν την ενέργειά τους πιο πυκνά. Αυτό το χαρακτηριστικό προσδίδει στα λέιζερ QCW ανώτερη πυκνότητα ενέργειας, μεταφραζόμενη σε ισχυρότερες δυνατότητες διείσδυσης. Το προκύπτον μεταλλουργικό αποτέλεσμα είναι παρόμοιο με σχήμα "καρφιού" με σημαντική αναλογία βάθους προς πλάτος, επιτρέποντας στα λέιζερ QCW να υπερέχουν σε εφαρμογές που περιλαμβάνουν κράματα υψηλής ανακλαστικότητας, υλικά ευαίσθητα στη θερμότητα και μικροσυγκόλληση ακριβείας.

Βελτιωμένη σταθερότητα και μειωμένη παρεμβολή από νέφος

Ένα από τα έντονα πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ QCW είναι η ικανότητά της να μετριάζει τις επιπτώσεις του μεταλλικού νέφους στον ρυθμό απορρόφησης του υλικού, οδηγώντας σε μια πιο σταθερή διαδικασία. Κατά την αλληλεπίδραση λέιζερ-υλικού, η έντονη εξάτμιση μπορεί να δημιουργήσει ένα μείγμα μεταλλικών ατμών και πλάσματος πάνω από τη δεξαμενή τήξης, που συνήθως αναφέρεται ως μεταλλικό νέφος. Αυτό το νέφος μπορεί να προστατεύσει την επιφάνεια του υλικού από το λέιζερ, προκαλώντας ασταθή παροχή ισχύος και ελαττώματα όπως πιτσίλισμα, σημεία έκρηξης και κοιλώματα. Ωστόσο, η διακοπτόμενη εκπομπή λέιζερ QCW (π.χ., μια έκρηξη 5ms ακολουθούμενη από μια παύση 10ms) διασφαλίζει ότι κάθε παλμός λέιζερ φτάνει στην επιφάνεια του υλικού ανεπηρέαστος από το μεταλλικό νέφος, με αποτέλεσμα μια αξιοσημείωτα σταθερή διαδικασία συγκόλλησης, ιδιαίτερα πλεονεκτική για τη συγκόλληση λεπτών φύλλων.

Σταθερή Δυναμική Πισίνας Λιωσίματος

Η δυναμική της δεξαμενής τήξης, ειδικά όσον αφορά τις δυνάμεις που ασκούνται στην κλειδαρότρυπα, είναι κρίσιμη για τον προσδιορισμό της ποιότητας της συγκόλλησης. Τα συνεχή λέιζερ, λόγω της παρατεταμένης έκθεσής τους και των μεγαλύτερων ζωνών που επηρεάζονται από τη θερμότητα, τείνουν να δημιουργούν μεγαλύτερες δεξαμενές τήξης γεμάτες με υγρό μέταλλο. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ελαττώματα που σχετίζονται με μεγάλες δεξαμενές τήξης, όπως η κατάρρευση της κλειδαρότρυπας. Αντίθετα, η εστιασμένη ενέργεια και ο μικρότερος χρόνος αλληλεπίδρασης της συγκόλλησης με λέιζερ QCW συγκεντρώνουν τη δεξαμενή τήξης γύρω από την κλειδαρότρυπα, με αποτέλεσμα μια πιο ομοιόμορφη κατανομή δύναμης και χαμηλότερη συχνότητα εμφάνισης πορώδους, ρωγμών και πιτσιλισμάτων.