CW laser και QCW laser στη συγκόλληση

Χαρακτηριστικά Διανομής Ενέργειας

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

Διάγραμμα κατανομής ενέργειας λέιζερ CW

Πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ συνεχών κυμάτων (CW).

Μικροδομική Προοπτική

Η εξέταση της μικροδομής των μετάλλων αποκαλύπτει ευδιάκριτα πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ συνεχούς κύματος (CW) σε σχέση με τη συγκόλληση παλμών Quasi-Continuous Wave (QCW). Η παλμική συγκόλληση QCW, που περιορίζεται από το όριο συχνότητάς της, συνήθως γύρω στα 500 Hz, αντιμετωπίζει μια αντιστάθμιση μεταξύ του ρυθμού επικάλυψης και του βάθους διείσδυσης. Ένας χαμηλός ρυθμός επικάλυψης οδηγεί σε 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 σφράγισης.

Εξέταση θερμικών επιπτώσεων

Από την άποψη της θερμικής πρόσκρουσης, η συγκόλληση με παλμικό λέιζερ QCW πάσχει από το ζήτημα της επικάλυψης, που οδηγεί σε επαναλαμβανόμενη θέρμανση της ραφής συγκόλλησης. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει ασυνέπειες μεταξύ της μικροδομής του μετάλλου και του μητρικού υλικού, συμπεριλαμβανομένων των διακυμάνσεων στα μεγέθη εξάρθρωσης και στους ρυθμούς ψύξης, αυξάνοντας έτσι τον κίνδυνο ρωγμών. Η συγκόλληση με λέιζερ CW, από την άλλη πλευρά, αποφεύγει αυτό το ζήτημα 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 πολλών παραμέτρων, συμπεριλαμβανομένης της συχνότητας επανάληψης παλμών, της μέγιστης ισχύος, του πλάτους παλμού, του κύκλου λειτουργίας και άλλων. Η συγκόλληση με λέιζερ CW απλοποιεί τη διαδικασία προσαρμογής, εστιάζοντας κυρίως στην κυματομορφή, την ταχύτητα, την ισχύ και την ποσότητα αποεστίασης, διευκολύνοντας σημαντικά τη λειτουργική δυσκολία.

Τεχνολογική πρόοδος στη συγκόλληση με λέιζερ CW

Ενώ η συγκόλληση με λέιζερ QCW είναι γνωστή για την υψηλή ισχύ αιχμής και τη χαμηλή θερμική ισχύ, ευεργετική για τη συγκόλληση εξαρτημάτων ευαίσθητων στη θερμότητα και υλικών με εξαιρετικά λεπτά τοιχώματα, η πρόοδος στην τεχνολογία συγκόλλησης λέιζερ CW, ειδικά για εφαρμογές υψηλής ισχύος (συνήθως άνω των 500 watt) και Η συγκόλληση με βαθιά διείσδυση με βάση το φαινόμενο της κλειδαρότρυπας, έχει επεκτείνει σημαντικά το εύρος εφαρμογής και την αποτελεσματικότητά της. Αυτός ο τύπος λέιζερ είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για υλικά με πάχος μεγαλύτερο από 1 mm, επιτυγχάνοντας υψηλές αναλογίες διαστάσεων (πάνω από 8:1) παρά τη σχετικά υψηλή εισροή θερμότητας.

Συγκόλληση με λέιζερ οιονεί συνεχών κυμάτων (QCW).

Εστιασμένη Διανομή 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 παρέχει στα λέιζερ QCW ανώτερη ενεργειακή πυκνότητα, που μεταφράζεται σε ισχυρότερες δυνατότητες διείσδυσης. Το προκύπτον μεταλλουργικό αποτέλεσμα μοιάζει με σχήμα "καρφιού" με σημαντική αναλογία βάθους προς πλάτος, επιτρέποντας στα λέιζερ QCW να υπερέχουν σε εφαρμογές που περιλαμβάνουν κράματα υψηλής ανάκλασης, υλικά ευαίσθητα στη θερμότητα και μικροσυγκόλληση ακριβείας.

Βελτιωμένη σταθερότητα και μειωμένη παρεμβολή λοφίου

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 ατμού μετάλλου και πλάσματος πάνω από τη δεξαμενή τήγματος, που συνήθως αναφέρεται ως μεταλλικό λοφίο. Αυτό το λοφίο μπορεί να θωρακίσει 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 5 ms ακολουθούμενη από μια παύση 10 ms) διασφαλίζει ότι κάθε παλμός λέιζερ φθάνει στην επιφάνεια του υλικού ανεπηρέαστη από μεταλλικό λοφίο, με αποτέλεσμα μια ιδιαίτερα σταθερή διαδικασία συγκόλλησης, ιδιαίτερα επωφελής για τη συγκόλληση με λεπτό φύλλο.

Stable Melt Pool Dynamics

Η δυναμική της δεξαμενής τήγματος, ειδικά όσον αφορά τις δυνάμεις που ασκούνται στην κλειδαρότρυπα, είναι καθοριστικής σημασίας 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 τήγματος γεμάτες με υγρό μέταλλο. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ελαττώματα που σχετίζονται με μεγάλες δεξαμενές τήξης, όπως κατάρρευση της κλειδαρότρυπας. Αντίθετα, η εστιασμένη ενέργεια και ο μικρότερος χρόνος αλληλεπίδρασης της συγκόλλησης με λέιζερ QCW συγκεντρώνουν τη δεξαμενή τήγματος γύρω από την κλειδαρότρυπα, με αποτέλεσμα μια πιο ομοιόμορφη κατανομή δύναμης και χαμηλότερη συχνότητα πορώδους, ρωγμών και πιτσιλίσματος.