CW laser in QCW laser pri varjenju

Značilnosti porazdelitve energije

Pomemben atribut CW laserjev je njihova Gaussova porazdelitev energije, kjer se porazdelitev energije prereza laserskega žarka zmanjšuje od središča navzven v Gaussovem vzorcu (normalna porazdelitev). Ta porazdelitvena lastnost omogoča laserjem CW, da dosežejo izjemno visoko natančnost ostrenja in učinkovitost obdelave, zlasti v aplikacijah, ki zahtevajo koncentrirano uporabo energije.

Diagram porazdelitve energije CW laserja

Prednosti laserskega varjenja z neprekinjenim valom (CW).

Mikrostrukturna perspektiva

Preučevanje mikrostrukture kovin razkrije jasne prednosti laserskega varjenja z neprekinjenim valom (CW) pred pulznim varjenjem s kvazi-zveznim valom (QCW). Impulzno varjenje QCW, ki ga omejuje frekvenčna omejitev, običajno okoli 500 Hz, se sooča s kompromisom med stopnjo prekrivanja in globino preboja. Nizka stopnja prekrivanja povzroči nezadostno globino, medtem ko visoka stopnja prekrivanja omejuje hitrost varjenja in zmanjšuje učinkovitost. Nasprotno pa CW lasersko varjenje z izbiro ustreznih premerov laserskega jedra in varilnih glav dosega učinkovito in kontinuirano varjenje. Ta metoda se je izkazala za posebej zanesljivo pri aplikacijah, ki zahtevajo visoko celovitost tesnila.

Upoštevanje toplotnega vpliva

Z vidika toplotnega vpliva QCW pulzno lasersko varjenje trpi zaradi težave s prekrivanjem, kar vodi do ponavljajočega segrevanja zvara. To lahko povzroči nedoslednosti med mikrostrukturo kovine in osnovnim materialom, vključno z variacijami v velikosti dislokacij in hitrosti ohlajanja, s čimer se poveča tveganje za razpoke. CW lasersko varjenje pa se temu problemu izogne ​​z zagotavljanjem enakomernejšega in neprekinjenega procesa segrevanja.

Enostavnost prilagajanja

Kar zadeva delovanje in prilagajanje, lasersko varjenje QCW zahteva natančno nastavitev več parametrov, vključno s frekvenco ponavljanja impulza, največjo močjo, širino impulza, delovnim ciklom in več. CW lasersko varjenje poenostavlja postopek prilagajanja, pri čemer se osredotoča predvsem na valovno obliko, hitrost, moč in količino defokusiranja, kar bistveno olajša težave pri delovanju.

Tehnološki napredek pri CW laserskem varjenju

Medtem ko je lasersko varjenje QCW znano po visoki konični moči in nizkem vhodu toplote, kar je koristno za varjenje toplotno občutljivih komponent in izredno tankostenskih materialov, napredek v tehnologiji laserskega varjenja CW, zlasti za aplikacije z visoko močjo (običajno nad 500 vatov) in varjenje z globokim prebojem, ki temelji na učinku ključavnice, je znatno razširilo področje uporabe in učinkovitost. Ta vrsta laserja je še posebej primerna za materiale, debelejše od 1 mm, saj dosega visoka razmerja stranic (več kot 8:1) kljub relativno visokemu vnosu toplote.

Lasersko varjenje s kvazikontinuiranim valom (QCW).

Osredotočena distribucija energije

QCW, ki pomeni "Quasi-Continuous Wave", predstavlja lasersko tehnologijo, kjer laser oddaja svetlobo na diskontinuiran način, kot je prikazano na sliki a. Za razliko od enakomerne porazdelitve energije enomodnih kontinuiranih laserjev QCW laserji koncentrirajo svojo energijo bolj gosto. Ta lastnost daje laserjem QCW vrhunsko energijsko gostoto, kar pomeni močnejšo penetracijo. Posledični metalurški učinek je podoben obliki "žeblja" s pomembnim razmerjem med globino in širino, kar omogoča laserjem QCW, da se izkažejo pri aplikacijah, ki vključujejo visoko odbojne zlitine, toplotno občutljive materiale in natančno mikrovarjenje.

Izboljšana stabilnost in zmanjšane motnje oblakov

Ena od izrazitih prednosti laserskega varjenja QCW je njegova sposobnost ublažitve učinkov kovinskega pramena na stopnjo absorpcije materiala, kar vodi k stabilnejšemu procesu. Med interakcijo med laserjem in materialom lahko intenzivno izhlapevanje ustvari mešanico kovinskih hlapov in plazme nad bazenom taline, ki se običajno imenuje kovinski oblak. Ta oblak lahko zaščiti površino materiala pred laserjem, kar povzroči nestabilno napajanje in napake, kot so brizganje, točke eksplozije in jamice. Vendar pa intermitentna emisija laserjev QCW (npr. 5 ms izbruh, ki mu sledi 10 ms premor) zagotavlja, da vsak laserski impulz doseže površino materiala brez vpliva kovinskega pramena, kar ima za posledico izjemno stabilen postopek varjenja, še posebej ugoden za varjenje tankih pločevin.

Stabilna dinamika bazena taline

Dinamika bazena taline, predvsem v smislu sil, ki delujejo na ključavnico, je ključna pri določanju kakovosti zvara. Kontinuirani laserji zaradi dolgotrajne izpostavljenosti in večjih toplotno prizadetih območij ponavadi ustvarijo večje bazene taline, napolnjene s tekočo kovino. To lahko privede do napak, povezanih z velikimi bazeni taline, kot je zrušitev ključavnice. Nasprotno pa usmerjena energija in krajši čas interakcije laserskega varjenja QCW koncentrirata talino okoli ključavnice, kar ima za posledico bolj enakomerno porazdelitev sile in manjšo pojavnost poroznosti, razpok in brizganja.