Abonner på våre sosiale medier for raske innlegg
Kontinuerlig bølgelaser
CW, et akronym for «Continuous Wave», refererer til lasersystemer som er i stand til å gi uavbrutt laserutgang under drift. CW-lasere kjennetegnes av deres evne til å sende ut laser kontinuerlig til driften opphører, og kjennetegnes av lavere toppeffekt og høyere gjennomsnittlig effekt sammenlignet med andre typer lasere.
Bredt spekter av bruksområder
På grunn av deres kontinuerlige utgangsfunksjon finner CW-lasere omfattende bruk innen felt som metallskjæring og sveising av kobber og aluminium, noe som gjør dem til blant de vanligste og mest brukte lasertypene. Deres evne til å levere jevn og konsistent energiutgang gjør dem uvurderlige i både presisjonsprosessering og masseproduksjon.
Prosessjusteringsparametere
Justering av en CW-laser for optimal prosessytelse innebærer å fokusere på flere nøkkelparametere, inkludert effektbølgeform, defokuseringsmengde, stråleflatdiameter og prosesseringshastighet. Presis justering av disse parameterne er avgjørende for å oppnå de beste prosesseringsresultatene, og sikre effektivitet og kvalitet i lasermaskineringsoperasjoner.
Kontinuerlig laserenergidiagram
Energifordelingskarakteristikker
En bemerkelsesverdig egenskap ved CW-lasere er deres gaussiske energifordeling, hvor energifordelingen i en laserstråles tverrsnitt avtar fra sentrum og utover i et gaussisk (normalfordelings) mønster. Denne fordelingsegenskapen gjør at CW-lasere kan oppnå ekstremt høy fokuseringspresisjon og prosesseringseffektivitet, spesielt i applikasjoner som krever konsentrert energiutplassering.
CW-laserenergifordelingsdiagram
Fordeler med kontinuerlig bølgelasersveising (CW)
Mikrostrukturelt perspektiv
Undersøkelse av mikrostrukturen til metaller avslører klare fordeler med kontinuerlig bølgelasersveising (CW) fremfor kvasikontinuerlig bølgepulssveising (QCW). QCW-pulssveising, begrenset av frekvensgrensen, vanligvis rundt 500 Hz, står overfor et avveiningsforhold mellom overlappingshastighet og penetrasjonsdybde. En lav overlappingshastighet resulterer i utilstrekkelig dybde, mens en høy overlappingshastighet begrenser sveisehastigheten, noe som reduserer effektiviteten. I motsetning til dette oppnår CW-lasersveising, gjennom valg av passende laserkjernediametre og sveisehoder, effektiv og kontinuerlig sveising. Denne metoden viser seg å være spesielt pålitelig i applikasjoner som krever høy tetningsintegritet.
Hensyn til termisk påvirkning
Fra et termisk støtsynspunkt lider QCW-pulslasersveising av problemet med overlapping, noe som fører til gjentatt oppvarming av sveisesømmen. Dette kan føre til uoverensstemmelser mellom metallets mikrostruktur og grunnmaterialet, inkludert variasjoner i dislokasjonsstørrelser og kjølehastigheter, og dermed øke risikoen for sprekkdannelser. CW-lasersveising, derimot, unngår dette problemet ved å gi en mer jevn og kontinuerlig oppvarmingsprosess.
Enkel justering
Når det gjelder drift og justering, krever QCW-lasersveising nøyaktig justering av flere parametere, inkludert pulsrepetisjonsfrekvens, toppeffekt, pulsbredde, driftssyklus og mer. CW-lasersveising forenkler justeringsprosessen, og fokuserer hovedsakelig på bølgeform, hastighet, effekt og defokuseringsmengde, noe som reduserer driftsvanskelighetene betydelig.
Teknologisk fremgang innen CW-lasersveising
Selv om QCW-lasersveising er kjent for sin høye toppeffekt og lave termiske tilførsel, noe som er gunstig for sveising av varmefølsomme komponenter og ekstremt tynnveggede materialer, har fremskritt innen CW-lasersveiseteknologi, spesielt for høyeffektsapplikasjoner (vanligvis over 500 watt) og dyp penetrasjonssveising basert på nøkkelhullseffekten, utvidet bruksområdet og effektiviteten betydelig. Denne typen laser er spesielt egnet for materialer tykkere enn 1 mm, og oppnår høye sideforhold (over 8:1) til tross for relativt høy varmetilførsel.
Kvasikontinuerlig bølge (QCW) lasersveising
Fokusert energidistribusjon
QCW, som står for «Quasi-Continuous Wave», representerer en laserteknologi der laseren sender ut lys på en diskontinuerlig måte, som vist i figur a. I motsetning til den ensartede energifordelingen til kontinuerlige lasere med én modus, konsentrerer QCW-lasere energien sin tettere. Denne egenskapen gir QCW-lasere en overlegen energitetthet, noe som fører til sterkere penetrasjonsevner. Den resulterende metallurgiske effekten ligner på en «spiker»-form med et betydelig dybde-til-bredde-forhold, noe som gjør at QCW-lasere utmerker seg i applikasjoner som involverer legeringer med høy refleksjon, varmefølsomme materialer og presisjonsmikrosveising.
Forbedret stabilitet og redusert interferens fra fjæren
En av de uttalte fordelene med QCW-lasersveising er dens evne til å redusere effekten av metalldamp på materialets absorpsjonshastighet, noe som fører til en mer stabil prosess. Under laser-materiale-interaksjon kan intens fordampning skape en blanding av metalldamp og plasma over smeltebassenget, ofte referert til som en metalldamp. Denne dampen kan skjerme materialets overflate fra laseren, noe som forårsaker ustabil strømforsyning og defekter som sprut, eksplosjonspunkter og groper. Imidlertid sikrer den intermitterende emisjonen fra QCW-lasere (f.eks. en 5 ms burst etterfulgt av en 10 ms pause) at hver laserpuls når materialets overflate upåvirket av metalldampen, noe som resulterer i en bemerkelsesverdig stabil sveiseprosess, spesielt fordelaktig for tynnplatesveising.
Stabil dynamikk i smeltebassenget
Dynamikken i smeltebassenget, spesielt med tanke på kreftene som virker på nøkkelhullet, er avgjørende for å bestemme sveisens kvalitet. Kontinuerlige lasere har en tendens til å skape større smeltebassenger fylt med flytende metall på grunn av sin langvarige eksponering og større varmepåvirkede soner. Dette kan føre til defekter forbundet med store smeltebassenger, som for eksempel nøkkelhullskollaps. I motsetning til dette konsentrerer den fokuserte energien og den kortere interaksjonstiden til QCW-lasersveising smeltebassenget rundt nøkkelhullet, noe som resulterer i en mer jevn kraftfordeling og lavere forekomst av porøsitet, sprekkdannelser og sprut.
Minimalisert varmepåvirket sone (HAZ)
Kontinuerlig lasersveising utsetter materialer for vedvarende varme, noe som fører til betydelig termisk ledning inn i materialet. Dette kan forårsake uønsket termisk deformasjon og spenningsinduserte defekter i tynne materialer. QCW-lasere, med sin intermitterende drift, gir materialene tid til å kjøles ned, og minimerer dermed den varmepåvirkede sonen og termisk tilførsel. Dette gjør QCW-lasersveising spesielt egnet for tynne materialer og materialer i nærheten av varmefølsomme komponenter.
Høyere toppeffekt
Til tross for at de har samme gjennomsnittlige effekt som kontinuerlige lasere, oppnår QCW-lasere høyere toppeffekter og energitettheter, noe som resulterer i dypere penetrasjon og sterkere sveiseegenskaper. Denne fordelen er spesielt uttalt ved sveising av tynne plater av kobber- og aluminiumslegeringer. I motsetning til dette kan det hende at kontinuerlige lasere med samme gjennomsnittlige effekt ikke klarer å lage et merke på materialets overflate på grunn av lavere energitetthet, noe som fører til refleksjon. Høyeffekts kontinuerlige lasere, selv om de er i stand til å smelte materialet, kan oppleve en kraftig økning i absorpsjonshastigheten etter smelting, noe som forårsaker ukontrollerbar smeltedybde og termisk tilførsel, noe som er uegnet for tynnplatesveising og kan resultere i enten ingen merking eller gjennombrenning, og dermed ikke oppfyller prosesskravene.
Sammenligning av sveiseresultater mellom CW- og QCW-lasere
a. Kontinuerlig bølgelaser (CW):
- Utseendet til den laserforseglede neglen
- Utseendet til den rette sveisesømmen
- Skjematisk diagram av laserutslippet
- Langsgående tverrsnitt
b. Kvasikontinuerlig bølgelaser (QCW):
- Utseendet til den laserforseglede neglen
- Utseendet til den rette sveisesømmen
- Skjematisk diagram av laserutslippet
- Langsgående tverrsnitt
- * Kilde: Artikkel av Willdong, via WeChat Public Account LaserLWM.
- * Lenke til original artikkel: https://mp.weixin.qq.com/s/8uCC5jARz3dcgP4zusu-FA.
- Innholdet i denne artikkelen er kun ment for lærings- og kommunikasjonsformål, og all opphavsrett tilhører den opprinnelige forfatteren. Hvis det er brudd på opphavsretten, vennligst kontakt for å fjerne den.
Publisert: 05. mars 2024