CW lāzers un QCW lāzers metināšanā

Enerģijas sadales raksturlielumi

Ievērojama CW lāzeru īpašība ir to Gausa enerģijas sadalījums, kur lāzera stara šķērsgriezuma enerģijas sadalījums samazinās no centra uz āru Gausa (normālā sadalījuma) diagrammā. Šī sadalījuma īpašība ļauj CW lāzeriem sasniegt ārkārtīgi augstu fokusēšanas precizitāti un apstrādes efektivitāti, īpaši lietojumos, kuros nepieciešama koncentrēta enerģijas pielietošana.

CW lāzera enerģijas sadales diagramma

Nepārtrauktās viļņa (CW) lāzermetināšanas priekšrocības

Mikrostrukturālā perspektīva

Metālu mikrostruktūras izpēte atklāj nepārtraušamo viļņu (CW) lāzermetināšanas priekšrocības salīdzinājumā ar kvazietraušamo viļņu (QCW) impulsmetināšanu. QCW impulsmetināšana, ko ierobežo tās frekvences ierobežojums, parasti aptuveni 500 Hz, saskaras ar kompromisu starp pārklāšanās ātrumu un iespiešanās dziļumu. Zems pārklāšanās ātrums rada nepietiekamu dziļumu, savukārt augsts pārklāšanās ātrums ierobežo metināšanas ātrumu, samazinot efektivitāti. Turpretī nepārtrauktā lāzermetināšana, izvēloties atbilstošus lāzera serdes diametrus un metināšanas galviņas, nodrošina efektīvu un nepārtrauktu metināšanu. Šī metode ir īpaši uzticama lietojumos, kuros nepieciešama augsta blīvējuma integritāte.

Termiskās ietekmes apsvērums

No termiskās ietekmes viedokļa QCW impulsu lāzermetināšanai ir raksturīga pārklāšanās problēma, kas noved pie metinājuma šuves atkārtotas uzkarsēšanas. Tas var radīt neatbilstības starp metāla mikrostruktūru un pamatmateriālu, tostarp dislokāciju izmēru un dzesēšanas ātruma atšķirības, tādējādi palielinot plaisāšanas risku. Savukārt nepārtrauktā lāzermetināšana ar nepārtrauktu darbību novērš šo problēmu, nodrošinot vienmērīgāku un nepārtrauktāku uzkarsēšanas procesu.

Pielāgošanas vienkāršība

Darbības un regulēšanas ziņā QCW lāzermetināšanai nepieciešama vairāku parametru, tostarp impulsa atkārtošanās frekvences, maksimālās jaudas, impulsa platuma, darba cikla un citu, rūpīga noregulēšana. CW lāzermetināšana vienkāršo regulēšanas procesu, galvenokārt koncentrējoties uz viļņu formu, ātrumu, jaudu un defokusēšanas apjomu, ievērojami atvieglojot darbību.

Tehnoloģiskais progress nepārtrauktas darbības lāzera metināšanā

Lai gan QCW lāzermetināšana ir pazīstama ar savu augsto maksimālo jaudu un zemo siltuma ievadi, kas ir izdevīgi karstumjutīgu komponentu un ārkārtīgi plānsienu materiālu metināšanai, nepārtrauktas darbības lāzermetināšanas tehnoloģijas attīstība, īpaši lielas jaudas pielietojumos (parasti virs 500 vatiem) un dziļas iespiešanās metināšanā, kuras pamatā ir atslēgas cauruma efekts, ir ievērojami paplašinājusi tās pielietojuma klāstu un efektivitāti. Šāda veida lāzers ir īpaši piemērots materiāliem, kas biezāki par 1 mm, sasniedzot augstu malu attiecību (virs 8:1), neskatoties uz relatīvi augsto siltuma ievadi.

Kvazi-nepārtrauktas viļņa (QCW) lāzera metināšana

Fokusēta enerģijas sadale

QCW, kas apzīmē "kvazi-nepārtrauktu vilni", apzīmē lāzertehnoloģiju, kurā lāzers izstaro gaismu pārtrauktā veidā, kā parādīts a attēlā. Atšķirībā no vienmoda nepārtraukto lāzeru vienmērīgā enerģijas sadalījuma, QCW lāzeri koncentrē savu enerģiju blīvāk. Šī īpašība piešķir QCW lāzeriem augstāku enerģijas blīvumu, kas nozīmē spēcīgāku iespiešanās spēju. Iegūtais metalurģiskais efekts ir līdzīgs "naglas" formai ar ievērojamu dziļuma un platuma attiecību, ļaujot QCW lāzeriem izcelties lietojumos, kas saistīti ar augstas atstarošanas sakausējumiem, karstumjutīgiem materiāliem un precīzu mikrometināšanu.

Uzlabota stabilitāte un samazināta dūmu mijiedarbība

Viena no izteiktajām QCW lāzermetināšanas priekšrocībām ir spēja mazināt metāla tvaiku ietekmi uz materiāla absorbcijas ātrumu, tādējādi nodrošinot stabilāku procesu. Lāzera un materiāla mijiedarbības laikā intensīva iztvaikošana var radīt metāla tvaiku un plazmas maisījumu virs kausējuma baseina, ko parasti dēvē par metāla tvaiku. Šis tvaiks var aizsargāt materiāla virsmu no lāzera, izraisot nestabilu jaudas piegādi un defektus, piemēram, šļakatas, sprādziena punktus un bedres. Tomēr QCW lāzeru periodiskā emisija (piemēram, 5 ms impulss, kam seko 10 ms pauze) nodrošina, ka katrs lāzera impulss sasniedz materiāla virsmu, neietekmējot metāla tvaiku, kā rezultātā metināšanas process ir ievērojami stabils, kas ir īpaši izdevīgi plānu lokšņu metināšanai.

Stabila kušanas baseina dinamika

Kausējuma baseina dinamika, īpaši attiecībā uz spēkiem, kas iedarbojas uz atslēgas caurumu, ir izšķiroša, lai noteiktu metināšanas kvalitāti. Nepārtrauktas darbības lāzeri, pateicoties to ilgstošai iedarbībai un lielākām termiski ietekmētajām zonām, mēdz radīt lielākas kausējuma baseinus, kas piepildīti ar šķidru metālu. Tas var izraisīt defektus, kas saistīti ar lieliem kausējuma baseiniem, piemēram, atslēgas cauruma sabrukšanu. Turpretī QCW lāzermetināšanas fokusētā enerģija un īsāks mijiedarbības laiks koncentrē kausējuma baseinu ap atslēgas caurumu, kā rezultātā tiek panākts vienmērīgāks spēka sadalījums un mazāka porainības, plaisāšanas un šļakatu sastopamība.