CW laser in QCW laser pri varjenju

Značilnosti porazdelitve energije

Pomembna lastnost CW laserjev je njihova Gaussova porazdelitev energije, kjer se porazdelitev energije prečnega prereza laserskega žarka zmanjšuje od središča navzven v Gaussovem (normalnem) vzorcu porazdelitve. Ta značilnost porazdelitve omogoča CW laserjem, da dosežejo izjemno visoko natančnost fokusiranja in učinkovitost obdelave, zlasti v aplikacijah, ki zahtevajo koncentrirano uporabo energije.

Diagram porazdelitve energije kontinuiranega laserja

Prednosti laserskega varjenja z neprekinjenim valovanjem (CW)

Mikrostrukturna perspektiva

Preučevanje mikrostrukture kovin razkriva izrazite prednosti varjenja z laserjem s kontinuiranim valovanjem (CW) pred pulznim varjenjem s kvazi-kontinuiranim valovanjem (QCW). Pulzno varjenje s QCW, ki ga omejuje frekvenčna omejitev, običajno okoli 500 Hz, se sooča s kompromisom med stopnjo prekrivanja in globino prodiranja. Nizka stopnja prekrivanja povzroči nezadostno globino, medtem ko visoka stopnja prekrivanja omejuje hitrost varjenja in zmanjšuje učinkovitost. Nasprotno pa lasersko varjenje s kontinuiranim valovanjem z izbiro ustreznih premerov laserskega jedra in varilnih glav doseže učinkovito in neprekinjeno varjenje. Ta metoda se izkaže za še posebej zanesljivo v aplikacijah, ki zahtevajo visoko celovitost tesnjenja.

Upoštevanje toplotnega vpliva

Z vidika toplotnega vpliva ima pulzno lasersko varjenje s QCW težavo prekrivanja, kar vodi do ponavljajočega segrevanja zvara. To lahko povzroči neskladja med mikrostrukturo kovine in osnovnim materialom, vključno z razlikami v velikosti dislokacij in hitrostih ohlajanja, s čimer se poveča tveganje za razpoke. Po drugi strani pa se lasersko varjenje s CW tej težavi izogne ​​z zagotavljanjem bolj enakomernega in neprekinjenega procesa segrevanja.

Enostavnost prilagajanja

Kar zadeva delovanje in nastavitev, lasersko varjenje QCW zahteva natančno nastavitev več parametrov, vključno s frekvenco ponavljanja impulzov, največjo močjo, širino impulza, delovnim ciklom in drugimi. Lasersko varjenje CW poenostavi postopek nastavitve, saj se osredotoča predvsem na obliko valov, hitrost, moč in stopnjo defokusiranja, kar znatno olajša težave pri upravljanju.

Tehnološki napredek pri neprekinjenem laserskem varjenju

Čeprav je lasersko varjenje s QCW znano po visoki vršni moči in nizkem toplotnem vnosu, kar je koristno za varjenje toplotno občutljivih komponent in izjemno tankostenskih materialov, je napredek v tehnologiji laserskega varjenja s CW, zlasti za aplikacije z visoko močjo (običajno nad 500 vatov) in varjenje z globokim prodiranjem, ki temelji na učinku ključavnice, znatno razširil njegov obseg uporabe in učinkovitost. Ta vrsta laserja je še posebej primerna za materiale, debelejše od 1 mm, saj kljub relativno visokemu toplotnemu vnosu dosega visoka razmerja stranic (nad 8:1).

Kvazikontinuirno lasersko varjenje (QCW)

Osredotočena porazdelitev energije

QCW, kratica za "kvazikontinuirni val", predstavlja lasersko tehnologijo, pri kateri laser oddaja svetlobo na diskontinuiran način, kot je prikazano na sliki a. Za razliko od enakomerne porazdelitve energije enomodnih kontinuirnih laserjev, QCW laserji svojo energijo koncentrirajo bolj gosto. Ta lastnost daje QCW laserjem vrhunsko gostoto energije, kar se prevede v močnejše prodiranje. Nastali metalurški učinek je podoben obliki "žeblja" z znatnim razmerjem med globino in širino, kar QCW laserjem omogoča odlično delovanje v aplikacijah, ki vključujejo zlitine z visoko odbojnostjo, toplotno občutljive materiale in natančno mikrovarjenje.

Izboljšana stabilnost in zmanjšane motnje zaradi dima

Ena od izrazitih prednosti varjenja s QCW laserjem je njegova sposobnost ublažitve vpliva kovinskega oblaka na hitrost absorpcije materiala, kar vodi do stabilnejšega procesa. Med interakcijo laserja in materiala lahko intenzivno izhlapevanje ustvari mešanico kovinske pare in plazme nad talino, ki jo običajno imenujemo kovinski oblak. Ta oblak lahko zaščiti površino materiala pred laserjem, kar povzroči nestabilno dobavo moči in napake, kot so brizganje, eksplozijske točke in jame. Vendar pa občasno oddajanje QCW laserjev (npr. 5 ms sunek, ki mu sledi 10 ms premor) zagotavlja, da vsak laserski impulz doseže površino materiala, ne da bi ga kovinski oblak prizadel, kar ima za posledico izjemno stabilen varilni proces, ki je še posebej ugoden za varjenje tankih pločevin.

Stabilna dinamika talilnega bazena

Dinamika talilne kadi, zlasti glede sil, ki delujejo na ključavnico, je ključnega pomena za določanje kakovosti zvara. Neprekinjeni laserji zaradi dolgotrajne izpostavljenosti in večjih območij, ki jih prizadene toplota, običajno ustvarjajo večje talilne kadi, napolnjene s tekočo kovino. To lahko povzroči napake, povezane z velikimi talinskimi kadmi, kot je na primer porušitev ključavnice. Nasprotno pa fokusirana energija in krajši čas interakcije pri laserskem varjenju s QCW koncentrirata talinsko kad okoli ključavnice, kar ima za posledico bolj enakomerno porazdelitev sile in manjšo pojavnost poroznosti, razpok in brizganja.