Laserji z neprekinjenim valovanjem (CW) in laserji s kvazi-zveznim valovanjem (QCW) sta dve vrsti laserjev, ki se pogosto uporabljata v različnih aplikacijah. CW laserji oddajajo neprekinjen žarek svetlobe, medtem ko QCW laserji oddajajo niz kratkih impulzov. Tukaj je nekaj razlik med tema dvema vrstama laserjev:
Razlike med CW in QCW
CW laser: CW je okrajšava za "continuous wave", kar pomeni laser z neprekinjenimi valovi. Laserski izhod doseže z neprekinjeno energijo vzbujanja, kar pomeni, da laser ostane vključen, dokler se ne ustavi. CW laserji imajo običajno nižjo konično moč in večjo povprečno moč.
Kot je prikazano na sliki 1, se kontinuirani laser nanaša na laser, ki lahko neprekinjeno in neprekinjeno oddaja svetlobo, skupaj znan kot neprekinjeni laser. Na splošno sta običajno rezanje kovin in varjenje bakrenega aluminija kontinuirni laserji, ki se najpogosteje uporabljajo. Glavni parametri za neprekinjeno razhroščevanje laserskega procesa vključujejo: valovno obliko moči, količino defokusiranja, točko premera jedra in hitrost;
Kot je prikazano na sliki 2, shematski diagram Gaussove porazdelitve energije enomodnega zveznega laserja prikazuje porazdelitev energije prečnega prereza laserskega žarka. Srednja energija je najvišja, periferija pa se zmanjša in kaže Gaussovo porazdelitev (normalna porazdelitev).
QCW je okrajšava za "quasi continuous wave", kar pomeni laser s kvazi zveznimi valovi. Kot je prikazano na sliki a impulznega laserja, je laser običajno proces prekinitvenega oddajanja svetlobe; Slika b prikazuje porazdelitev laserske energije. V primerjavi z enomodnimi zveznimi laserji je porazdelitev energije QCW bolj koncentrirana, kar pomeni, da ima QCW višjo energijsko gostoto (močnejša penetracijska sposobnost) kot zvezni laserji. To se odraža v metalografskem vidiku, kar pomeni, da ima QCW večjo sposobnost preboja. Ustvarjen metalografski vidik je podoben žeblju, z višjim razmerjem stranic. Zaradi najvišje laserske moči in visoke gostote energije je QCW primeren za zlitine z visoko odpornostjo, toplotno občutljive materiale. Mikro povezljivost ima velike prednosti; Slika c prikazuje shematski diagram varjenja impulznega laserja z različnimi frekvencami. Vidimo lahko, da je pulzno varjenje razmeroma stabilno in skoraj brez brizganja [1].
QCW laserji večinoma uporabljajo tehnologijo, imenovano Q-switching, ki je učinkovita metoda za pridobivanje visokoenergijskih kratkih impulzov. Splošni izhodni neprekinjeni laser stisne v izjemno ozke impulze za emisijo, s čimer poveča največjo moč svetlobnega vira za več velikosti. Med preklopom Q, preden ojačevalni medij shrani dovolj energije, celoten laserski resonator ohranja visoko izgubo votline. V tem času laser ne more proizvesti laserskega nihanja, ker je prag previsok, tako da se lahko število delcev na zgornji ravni nabere v velikih količinah. Ko akumulacija doseže vrednost nasičenosti, se izguba votline hitro zmanjša na zelo majhno vrednost, tako da bo večina energije, ki jo shranjujejo delci na višji ravni, v kratkem času pretvorjena v lasersko energijo. Na izhodnem koncu ustvari močan izhod laserskega impulza .
Na primer, balon, podoben okroglemu bobnu, je mogoče izpustiti iz njegove šobe in ga počasi in neprekinjeno izprazniti, kar imenujemo kontinuirani laser. Prilagoditev vrednosti Q pomeni, da balon ustvari pritisk in ga takoj napihne, kar je približno tako pri neprekinjenem in QCW.
Slika4 a Videz žarilnega žeblja CW laserja, videz ravnega zvara, metalografski pregled vzdolžnega prereza; videz žebljev z laserskim tesnjenjem QCW, videz ravnega zvara, metalografija vzdolžnega prereza;
Učinek neprekinjenega laserskega varjenja v primerjavi z učinkom kvazi neprekinjenega laserskega varjenja QCW:
1. Videz QCW je podoben pulznemu točkovnemu varjenju z vzorci ribjih lusk, medtem ko ima kontinuirani laser gladko in neprekinjeno krivuljo;
2. Vnos energije: neprekinjen laserski vnos, pulzni prekinitveni vnos, ki se odraža na metalografiji, neprekinjen laserski zvar, vzdolžni metalografski neprekinjen, le rahla nihanja, pulzni laser lahko jasno vidi lasersko vrtanje kot enotočkovno lasersko metalografsko spajanje, vsak laser, ki ustreza metalografiji, je jasno viden ; Zato je kontinuirno varjenje močnejše od laserskega varjenja QCW glede trdnosti zvarnega spoja.
Slika a Shematski diagram CW laserskega varjenja; Slika b Shematski diagram QCW laserskega varjenja
Prednosti QCW laserskega varjenja
1. Izogibanje vplivu oblakov na absorbanco materiala, zaradi česar je proces bolj stabilen: med interakcijo med laserjem in materialom bo material močno izhlapeval, pri čemer bo skupaj nastala mešanica kovinskih hlapov, plazme in drugih plinov nad bazenom staline. znani kot kovinski perjanci. Ti kovinski oblaki bodo zaščitili laser pred dosegom površine materiala, kar bo povzročilo nestabilno moč laserja, ki bo dosegla površino materiala, kar bo povzročilo napake, kot so brizganje, točke eksplozije in jamice; Vendar pa je za pulzno varjenje QCW značilen prekinitveni svetlobni izhod (5 ms prekinitvenega izhoda svetlobe, 10 ms prekinitvenega izhoda svetlobe in nato naslednji izhod svetlobe), kar zagotavlja, da na vsak laserski udarec na površino materiala ne vplivajo kovinski prameni, zaradi česar je bolj stabilen v primerjavi z varjenjem in ima prednosti pri varjenju tankih plošč.
2. Stabilen talilni bazen: Obremenitev na ključavnici talilnega bazena, dolgo trajanje neprekinjenega laserskega delovanja, velika toplotna prevodnost, velika površina talilnega bazena in obilica tekoče kovine naredijo neprekinjeni varilni talilni bazen veliko večji kot laserski talilni bazen QCW. Napake, kot so pore, razpoke in brizgi, so tesno povezane z bazenom staline: če je bazen staline velik, se površinska napetost bazena staline zmanjšuje z naraščajočo temperaturo in velik bazen staline je bolj nagnjen k zrušitvi v ključavnico, kot je prikazano v a3; Zaradi bolj koncentrirane energije in kratkega časa delovanja laserskega varjenja QCW se staljena plast nahaja predvsem okoli ključavnice, sila pa je enakomerna. Relativna stopnja pojavljanja por, razpok in brizganja je manjša.
3. Sallerjeva toplotno prizadeta cona: neprekinjeno lasersko delovanje na material nenehno prenaša toploto na material, zaradi česar je tanek material zelo dovzeten za toplotne deformacije in napake, kot so razpoke, ki jih povzroča notranja napetost. QCW občasno deluje na material, mu daje čas za hlajenje, zaradi česar je manjši v območju toplotnega vpliva in vnos toplote, zaradi česar je bolj primeren za obdelavo tankih materialov; In materiale, ki so blizu toplotnih senzorjev, je mogoče obdelati samo z laserjem QCW.
4. Visoka konična moč: z enako povprečno močjo neprekinjenega in QCW laserja lahko QCW doseže večjo konično moč, večjo gostoto energije, večjo globino taljenja in močnejšo penetracijo. QCW ima več prednosti pri varjenju pločevine iz bakrove zlitine in aluminijeve zlitine. Energijska gostota neprekinjenega laserja z enako povprečno močjo je nižja od QCW, kar lahko povzroči, da laser ne ustvari sledi varjenja na površini materiala in da se vse odbijejo. Če je laser previsok, se bo hitrost absorpcije laserja po taljenju materiala močno povečala, vnos toplote pa se bo nenadoma povečal, kar bo povzročilo nenadzorovano globino taljenja in vnos toplote. Ni ga mogoče uporabiti pri varjenju tankih plošč in lahko pride do neuspešnega ustvarjanja sledi varjenja ali prežganja, kar ne izpolnjuje zahtev postopka.
Prednosti CW laserskega varjenja
1. Z metalografskega vidika: kot je prikazano na levi sliki, QCW impulzno varjenje spada med metalografsko spajanje, zgornja frekvenčna meja pa je večinoma okoli 500 Hz. Stopnja prekrivanja je nizka, efektivna globina taljenja je majhna, stopnja prekrivanja je visoka, hitrosti ni mogoče izboljšati in učinkovitost je nizka; Kontinuirani laser lahko izvede učinkovito in neprekinjeno varjenje z izbiro laserjev z različnimi premeri jedra in varilnimi spoji, neprekinjeni laser pa je v nekaterih primerih bolj stabilen z visokimi zahtevami za tesnjenje;
2. Z vidika stopnje toplotnega vpliva: pri varjenju s QCW pulznim laserskim žarkom obstaja težava s stopnjo prekrivanja, zvarni šiv pa se večkrat segreva. Ker bosta metalografska faza kovine in osnovne kovine po enkratnem varjenju različni in je velikost dislokacije drugačna, je lahko hitrost ohlajanja po ponovnem taljenju nedosledna, kar lahko povzroči razpoke, vendar ta pojav ne obstaja v neprekinjenem lasersko varjenje;
3. Z vidika težav pri odpravljanju napak: impulzni laser QCW zahteva frekvenco ponavljanja impulza, največjo moč, širino impulza, delovni cikel, energijo impulza, povprečno moč, največjo gostoto moči, energijsko gostoto, količino defokusiranja itd.; Neprekinjeni laser se mora osredotočiti le na valovno obliko, hitrost, moč in defokusiranje, kar je relativno preprosto.
Povzetek laserja QCW: Dve glavni prednosti: največja moč, nizek vnos toplote in majhna deformacija obdelovanca.
Ker je trajanje impulza kratko (običajno nekaj milisekund), je toplota, ki vstopa v del, čim manjša, zato je priporočljiva uporaba impulznega laserskega varjenja okoli termičnega senzorja in izredno tankih stenskih materialov. Hkrati je zaradi velike količine energije, ki se prenaša na začetku impulza, pulzno lasersko varjenje pogosto primerno za odbojno kovino. Običajno imenovan "izboljšan utrip", konica moči na začetku cikla utripa traja le majhen del celotnega trajanja utripa. Vendar pa je njegova moč zadostna, da prebije odbojnost materiala, hkrati pa ohranja nižjo povprečno moč in s tem zmanjša toploto. CW laserji morajo zagotoviti veliko količino energije za spajanje visoko odbojnih kovin, ustvarjena toplota pa lahko zlahka poškoduje dele ali komponente v njih. CW lasersko varjenje z neprekinjenim valom je večinoma visoko zmogljiv laser z močjo nad 500 vatov. Na splošno je treba to vrsto laserja uporabljati za plošče z debelino 1 mm ali več. Varilni mehanizem je varjenje z globokim prebojem, ki temelji na učinku ključavnice, z velikim razmerjem stranic več kot 8:1, vendar relativno visokim vnosom toplote.
Nazadnje, zaradi napredka laserske tehnologije obstaja tudi tehnologija kontinuirane laserske modulacije za doseganje impulznega varjenja kontinuirnih laserjev, kot tudi visokofrekvenčno impulzno varjenje QCW laserjev.
Na splošno imajo tako laserji CW kot laserji QCW svoje prednosti in slabosti, odvisno od specifične uporabe. CW laserji so primerni za aplikacije, ki zahtevajo neprekinjen žarek svetlobe, QCW laserji pa so primerni za aplikacije, ki zahtevajo kratke impulze visoke energije. Zato je za doseganje najboljših rezultatov pomembno izbrati pravi tip laserja za vašo specifično aplikacijo.