Лазери безперервної хвилі (CW) і лазери квазібезперервної хвилі (QCW) — це два типи лазерів, які зазвичай використовуються в різних сферах застосування. Лазери CW випромінюють безперервний промінь світла, тоді як лазери QCW випромінюють серію коротких імпульсів. Ось деякі відмінності між цими двома типами лазерів:
Відмінності між CW і QCW
CW лазер: CW - це абревіатура від "continuous wave", що означає лазер безперервної хвилі. Він забезпечує вихід лазера за рахунок безперервної енергії збудження, тобто лазер залишається ввімкненим, доки не зупиниться. Лазери CW зазвичай мають меншу пікову потужність і вищу середню потужність.
Як показано на малюнку 1, безперервний лазер відноситься до лазера, який може постійно і безперервно випромінювати світло, разом відомий як безперервний лазер. Як правило, звичайне різання металу та зварювання міді алюмінію є безперервними лазерами, які є найбільш широко використовуваними. Основні параметри для безперервного налагодження лазерного процесу включають: форму сигналу потужності, величину розфокусування, діаметр плями сердечника та швидкість;
Як показано на малюнку 2, принципова діаграма розподілу енергії Гаусса одномодового безперервного лазера показує розподіл енергії поперечного перерізу лазерного променя. Середня енергія є найвищою, а периферія, у свою чергу, зменшується, демонструючи розподіл Гауса (нормальний розподіл).
QCW - це абревіатура від "квазі безперервної хвилі", що означає квазібезперервний лазер. Як показано на малюнку a імпульсного лазера, лазер зазвичай є процесом періодичного випромінювання світла; На малюнку б показано розподіл енергії лазера. Порівняно з одномодовими безперервними лазерами, розподіл енергії QCW є більш концентрованим, що означає, що QCW має вищу щільність енергії (сильнішу проникаючу здатність), ніж безперервні лазери. Це відображається в металографічному аспекті, що означає, що QCW має більшу здатність до проникнення. Отриманий металографічний аспект схожий на цвях, з більшим співвідношенням сторін. Пікова потужність лазера та висока щільність енергії QCW роблять його придатним для сплавів з високим опором, термочутливих матеріалів. Є величезні переваги в мікроз’єднанні; На рисунку c показано принципову схему зварювання імпульсним лазером з різними частотами. Можна побачити, що імпульсне зварювання є відносно стабільним, майже без бризок [1].
QCW-лазери в основному використовують технологію під назвою Q-switching, яка є ефективним методом отримання коротких імпульсів високої енергії. Він стискає загальний вихід безперервного лазера в надзвичайно вузькі імпульси для випромінювання, тим самим збільшуючи пікову потужність джерела світла на кілька порядків. Під час модуляції добротності, перш ніж середовище посилення накопичить достатньо енергії, весь лазерний резонатор підтримує високі втрати в резонаторі. У цей час лазер не може виробляти лазерні коливання, оскільки поріг занадто високий, тому кількість частинок верхнього рівня може накопичуватися у великих кількостях. Коли накопичення досягає значення насичення, втрати в порожнині швидко зменшуються до дуже малого значення, тому більша частина енергії, збереженої частинками верхнього рівня, буде перетворена в енергію лазера за короткий час. Створіть потужний вихід лазерного імпульсу на вихідному кінці. .
Наприклад, повітряну кулю, схожу на круглий барабан, можна випустити з сопла та повільно та безперервно здувати, що називається безперервним лазером. Регулювання значення Q полягає в створенні тиску в балоні та миттєвому його надуванні, що приблизно стосується безперервного та QCW.
Рис.4 a Зовнішній вигляд цвяха для запечатування лазером CW, зовнішній вигляд прямого зварного шва, металографічне дослідження поздовжнього розрізу; зовнішній вигляд цвяха з лазерним запечатуванням QCW, вигляд прямого зварного шва, металографія поздовжнього розрізу;
Ефект безперервного лазерного зварювання проти ефекту квазібезперервного лазерного зварювання QCW:
1. Зовнішній вигляд QCW схожий на імпульсне точкове зварювання з малюнками риб’ячої луски, тоді як безперервний лазер має плавну та безперервну криву;
2. Введення енергії: безперервний вхід лазера, імпульсний переривчастий вхід, відображений на металографії, безперервне лазерне зварювання, поздовжнє металографічне безперервне, лише незначні коливання, імпульсний лазер може чітко бачити лазерне свердління, як одноточкове лазерне металографічне зрощення, кожен лазер, відповідний металографічний, чітко видимий ; Тому безперервне зварювання міцніше, ніж лазерне зварювання QCW, щодо міцності зварного з’єднання.
рис. а Принципова схема лазерного зварювання безперервним способом; Рис. b Принципова схема лазерного зварювання QCW
Переваги лазерного зварювання QCW
1. Уникнення впливу шлейфів на поглинання матеріалу, що робить процес більш стабільним: під час взаємодії між лазером і матеріалом матеріал зазнає сильного випаровування, утворюючи суміш парів металу, плазми та інших газів над розплавленою ванною разом. відомі як металеві шлейфи. Ці металеві шлейфи захищатимуть лазер від потрапляння на поверхню матеріалу, що призведе до нестабільної потужності лазера, що досягне поверхні матеріалу, що призведе до дефектів, таких як бризки, точки вибуху та ями; Однак імпульсне зварювання QCW характеризується переривчастим світловипромінюванням (5 мс світлового потоку, 10 мс переривчастого світлового потоку, а потім наступне світловий вихід), що гарантує, що кожен удар лазера по поверхні матеріалу не зазнає впливу металевих шлейфів, робить його більш стабільним порівняно зі зварюванням і має переваги у зварюванні тонких пластин.
2. Стабільний басейн розплаву: навантаження на замкову щілину басейну розплаву, тривала безперервна дія лазера, велика площа теплопровідності, велика площа басейну розплаву та велика кількість рідкого металу роблять резервуар розплаву безперервного зварювання набагато більшим. ніж пул розплаву лазера QCW. Такі дефекти, як пори, тріщини та бризки, тісно пов’язані з басейном розплаву: якщо басейн розплаву великий, поверхневий натяг басейну розплаву зменшується зі збільшенням температури, і велика ванна розплаву більш схильна до руйнування через замкову щілину, як показано на малюнку. в a3; Завдяки більш концентрованій енергії та короткому часу дії лазерного зварювання QCW, розплавлена ванна в основному існує навколо замкової щілини, і сила є рівномірною. Відносна частота появи пор, тріщин і бризок нижча.
3. Зона теплового впливу Саллера: безперервна дія лазера на матеріал безперервно передає тепло до матеріалу, роблячи тонкий матеріал дуже сприйнятливим до термічної деформації та дефектів, таких як тріщини, спричинені внутрішньою напругою. QCW періодично діє на матеріал, даючи йому час для охолодження, зменшуючи його в зоні теплового впливу та надходження тепла, що робить його більш придатним для обробки тонких матеріалів; А матеріали, близькі до термодатчиків, можна обробляти лише за допомогою лазера QCW.
4. Висока пікова потужність: з однаковою середньою потужністю безперервного лазера та лазера QCW QCW може досягти вищої пікової потужності, вищої щільності енергії, більшої глибини плавлення та більшого проникнення. QCW має більше переваг у зварюванні мідного сплаву та листа алюмінієвого сплаву. Щільність енергії безперервного лазера з такою ж середньою потужністю нижча, ніж QCW, що може призвести до того, що лазер не зможе створити сліди зварювання на поверхні матеріалу, і всі вони будуть відображені. Якщо лазер занадто високий, швидкість лазерного поглинання різко зросте після досягнення плавлення матеріалу, а підведення тепла раптово збільшиться, що призведе до неконтрольованої глибини плавлення та підведення тепла. Його не можна використовувати для зварювання тонких листів, і можуть виникнути явища, пов’язані з відсутністю слідів зварювання або прогоранням, що не відповідає вимогам процесу.
Переваги неперервного лазерного зварювання
1. З металографічної точки зору: як показано на малюнку ліворуч, імпульсне зварювання QCW належить до металографічного зварювання, а верхня межа частоти становить переважно близько 500 Гц. Швидкість перекриття низька, ефективна глибина плавлення невелика, швидкість перекриття висока, швидкість не може бути покращена, а ефективність низька; Безперервний лазер може реалізувати ефективне та безперервне зварювання завдяки вибору лазерів із різними діаметрами сердечників та зварювальних з’єднань, а безперервний лазер є більш стабільним у деяких випадках із високими вимогами до герметизації;
2. З точки зору ступеня теплового впливу: існує проблема швидкості перекриття при зварюванні імпульсним лазерним променем QCW, і зварний шов постійно нагрівається. Оскільки металографічна фаза металу та основного металу буде відрізнятися після зварювання один раз, а розмір дислокації інший, швидкість охолодження може бути непостійною після переплавлення, що легко спричинить тріщини, але це явище не існує в безперервному лазерне зварювання;
3. З точки зору складності налагодження: імпульсний лазер QCW вимагає налагодження частоти повторення імпульсів, пікової потужності, ширини імпульсу, робочого циклу, енергії імпульсу, середньої потужності, пікової щільності потужності, щільності енергії, величини розфокусування тощо; Безперервний лазер повинен зосереджуватися лише на формі хвилі, швидкості, потужності та розфокусуванні, що відносно просто.
Короткий опис лазера QCW: Дві головні переваги: пікова потужність, низьке підведення тепла та невелика деформація заготовки.
Оскільки тривалість імпульсу коротка (зазвичай кілька мілісекунд), тепло, що надходить до деталі, зведено до мінімуму, тому рекомендується використовувати імпульсне лазерне зварювання навколо термодатчика та надзвичайно тонких стінкових матеріалів. У той же час, через велику кількість енергії, що передається на початку імпульсу, імпульсне лазерне зварювання часто підходить для відбиваючого металу. Зазвичай стрибок потужності на початку циклу імпульсу, який зазвичай називають «посиленим пульсом», триває лише невелику частину загальної тривалості імпульсу. Однак його потужності достатньо, щоб пробити відбивну здатність матеріалу, зберігаючи нижчу середню потужність, тим самим зменшуючи тепло. Неперервні лазери повинні забезпечувати велику кількість енергії для з’єднання металів із високим відбивним світлом, а вироблене тепло може легко пошкодити частини або компоненти в них. Неперервне лазерне зварювання безперервною хвилею - це переважно високопотужний лазер із потужністю понад 500 Вт. Загалом, цей тип лазера слід використовувати для пластин товщиною 1 мм або більше. Зварювальний механізм — це зварювання глибоким проплавленням, засноване на ефекті замкової щілини, з великим співвідношенням сторін понад 8:1, але відносно високим підведенням тепла.
Нарешті, завдяки прогресу лазерної технології існує також технологія безперервної лазерної модуляції для досягнення імпульсного зварювання безперервними лазерами, а також високочастотного імпульсного зварювання лазерами QCW.
Загалом як лазери CW, так і лазери QCW мають свої переваги та недоліки залежно від конкретного застосування. Лазери CW підходять для застосувань, які потребують безперервного променя світла, тоді як лазери QCW підходять для застосувань, які вимагають коротких імпульсів високої енергії. Тому для досягнення найкращих результатів важливо вибрати правильний тип лазера для конкретного застосування.