Kontinuerlig bølge (CW) lasere og kvasi-kontinuerlig bølge (QCW) lasere er to typer lasere som ofte brukes i forskjellige applikasjoner. CW-lasere sender ut en kontinuerlig lysstråle, mens QCW-lasere sender ut en serie korte pulser. Her er noen av forskjellene mellom disse to typene lasere:
Forskjeller mellom CW og QCW
CW laser: CW er forkortelsen for "continuous wave", som betyr kontinuerlig bølgelaser. Den oppnår laserutgang gjennom kontinuerlig eksitasjonsenergi, noe som betyr at laseren forblir på til den stopper. CW-lasere har vanligvis lavere toppeffekt og høyere gjennomsnittlig effekt.
Som vist i figur 1 refererer kontinuerlig laser til en laser som kontinuerlig og kontinuerlig kan sende ut lys, samlet kjent som kontinuerlig laser. Vanligvis er vanlig metallskjæring og kobberaluminiumsveising kontinuerlige lasere, som er de mest brukte. Hovedparametrene for kontinuerlig laserprosessfeilsøking inkluderer: kraftbølgeform, defokuseringsmengde, kjernediameterpunkt og hastighet;
Som vist i figur 2, viser det skjematiske diagrammet av Gaussisk energifordeling av enkelmodus kontinuerlig laser energifordelingen av tverrsnittet til en laserstråle. Mellomenergien er høyest, og periferien avtar i sin tur, og viser en gaussisk fordeling (normalfordeling).
QCW er forkortelsen for "quasi continuous wave", som betyr en kvasi-kontinuerlig bølgelaser. Som vist i figur a av pulserende laser, er laser vanligvis en prosess med intermitterende lysutslipp; Figur b viser laserenergifordelingen. Sammenlignet med enkeltmodus kontinuerlige lasere er energifordelingen til QCW mer konsentrert, noe som betyr at QCW har høyere energitetthet (sterkere penetrasjonsevne) enn kontinuerlige lasere. Dette gjenspeiles i det metallografiske aspektet, som gjør at QCW har en større penetrasjonsevne. Det metallografiske aspektet som produseres ligner på en spiker, med et høyere sideforhold. Den høyeste lasereffekten og høye energitettheten til QCW gjør den egnet for legeringer med høy motstand, termisk sensitive materialer. Det er store fordeler med mikrotilkobling; Figur c viser sveiseskjemaet for pulserende laser med forskjellige frekvenser. Det kan sees at pulssveisingen er relativt stabil med nesten ingen sprut [1].
QCW-lasere bruker hovedsakelig en teknologi kalt Q-switching, som er en effektiv metode for å oppnå høyenergiske korte pulser. Den komprimerer den generelle utgående kontinuerlige laseren til ekstremt smale pulser for emisjon, og øker derved lyskildens toppeffekt med flere størrelsesordener. Under Q-switching, før forsterkningsmediet lagrer nok energi, opprettholder hele laserresonatoren et høyt kavitetstap. På dette tidspunktet kan ikke laseren produsere laseroscillasjon fordi terskelen er for høy, slik at antallet partikkeltall på øvre nivå kan akkumuleres i store mengder. Når akkumuleringen når metningsverdien, reduseres hulromstapet raskt til en veldig liten verdi, så det meste av energien som er lagret av partikler på øvre nivå vil bli omdannet til laserenergi på kort tid, Generer en sterk laserpulsutgang ved utgangsenden .
For eksempel kan en ballong som ligner på en rund trommel slippes ut av munnstykket og sakte og kontinuerlig tømmes for luft, som kalles en kontinuerlig laser. Å justere Q-verdien er å sette ballongen under trykk og blåse den opp umiddelbart, noe som omtrent er tilfellet med kontinuerlig og QCW.
Fig. 4 a Utseende av CW laserforseglingsspiker, utseende av rett sveisesøm, metallografisk undersøkelse av lengdesnitt; en QCW laserforsegling av spiker, utseende rett sveis, metallografi i lengdesnitt;
Kontinuerlig lasersveiseeffekt vs QCW kvasi kontinuerlig lasersveiseeffekt:
1. Utseendet til QCW ligner på pulspunktsveising, med fiskeskalamønstre, mens kontinuerlig laser har en jevn og kontinuerlig kurve;
2. Energiinngang: kontinuerlig laserinngang, pulsintermitterende inngang, reflektert på metallografien, kontinuerlig lasersveis langsgående metallografisk kontinuerlig, bare små fluktuasjoner, pulslaser kan tydelig se laseren bore som enkeltpunkts laser metallografisk skjøting, hver laser tilsvarende metallografisk godt synlig ; Derfor er kontinuerlig sveising sterkere enn QCW lasersveising i sveiseskjøtstyrke.
Fig. et skjematisk diagram av CW lasersveising; Fig. b Skjematisk diagram av QCW lasersveising
Fordeler med QCW lasersveising
1. Unngå påvirkning av plumer på materialabsorbansen, noe som gjør prosessen mer stabil: under interaksjonen mellom laser og materiale vil materialet gjennomgå kraftig fordampning, og danne en blanding av metalldamp, plasma og andre gasser over smeltebassenget, samlet kjent som metallfjær. Disse metallplagene vil skjerme laseren fra å nå materialoverflaten, noe som resulterer i at ustabil laserkraft når materialoverflaten, noe som resulterer i defekter som sprut, eksplosjonspunkter og groper; Imidlertid er pulssveisingen til QCW preget av intermitterende lyseffekt (5ms lyseffekt, 10ms intermitterende lyseffekt, og deretter neste lyseffekt), som sikrer at hvert laserangrep på materialoverflaten ikke påvirkes av metallplumer, gjør den mer stabil sammenlignet med sveising og har fordeler ved tynnplatesveising.
2. Stabilt smeltebasseng: Spenningen på nøkkelhullet til smeltebassenget, den lange varigheten av kontinuerlig laseraksjon, det store varmeledningsområdet, det store smeltebassengområdet og overfloden av flytende metall gjør det kontinuerlige sveisesmeltebassenget mye større enn QCW laser smeltebasseng. Defekter som porer, sprekker og sprut er nært knyttet til smeltebassenget: hvis smeltebassenget er stort, synker overflatespenningen til smeltebassenget med økende temperatur, og det store smeltede bassenget er mer utsatt for nøkkelhullskollaps, som vist i a3; På grunn av den mer konsentrerte energien og korte handlingstiden til QCW lasersveising, eksisterer det smeltede bassenget hovedsakelig rundt nøkkelhullet, og kraften er jevn. Den relative forekomsten av porer, sprekker og sprut er lavere.
3. Saller varmepåvirket sone: kontinuerlig laservirkning på materialet overfører kontinuerlig varme til materialet, noe som gjør det tynne materialet svært utsatt for termisk deformasjon og defekter som sprekker forårsaket av indre stress. QCW virker intermitterende på materialet, og gir det avkjølingstid, noe som gjør det mindre i den varmepåvirkede sonen og varmetilførselen, noe som gjør det mer egnet for behandling av tynne materialer; Og materialer nær termiske sensorer kan kun behandles med QCW-laser.
4. Høy toppeffekt: Med den samme gjennomsnittlige kraften til kontinuerlige og QCW-lasere, kan QCW oppnå høyere toppeffekt, høyere energitetthet, større smeltedybde og sterkere penetrasjon. QCW har flere fordeler ved sveising av kobberlegering og aluminiumslegeringsplate. Energitettheten til en kontinuerlig laser med samme gjennomsnittlige effekt er lavere enn QCW, noe som kan føre til at laseren ikke klarer å produsere sveisemerker på overflaten av materialet og at alle reflekteres. Hvis laseren er for høy, vil laserabsorpsjonshastigheten øke kraftig etter å ha oppnådd materialsmelting, og varmetilførselen vil plutselig øke, noe som resulterer i ukontrollerbar smeltedybde og varmetilførsel. Den kan ikke brukes i tynnplatesveising, og det kan være fenomener med enten svikt i å produsere sveisemerker eller gjennombrenning, som ikke kan oppfylle prosesskravene.
Fordeler med CW lasersveising
1. Fra et metallografisk perspektiv: som vist i den venstre figuren, tilhører QCW-pulssveising metallografisk skjøting, og den øvre frekvensgrensen er stort sett rundt 500Hz. Overlappingshastigheten er lav, den effektive smeltedybden er liten, overlappingshastigheten er høy, hastigheten kan ikke forbedres, og effektiviteten er lav; Kontinuerlig laser kan realisere effektiv og kontinuerlig sveising gjennom valg av lasere med forskjellige kjernediametre og sveiseskjøter, og kontinuerlig laser er mer stabil i noen anledninger med høye krav til forsegling;
2. Fra perspektivet av graden av varmepåvirkning: det er problemer med overlappingshastighet ved QCW-pulslaserstrålesveising, og sveisesømmen varmes opp gjentatte ganger. Fordi den metallografiske fasen av metallet og basismetallet vil være forskjellig etter sveising én gang, og størrelsen på dislokasjonen er forskjellig, kan kjølehastigheten være inkonsekvent etter omsmelting, noe som er lett å forårsake sprekker, men dette fenomenet eksisterer ikke i kontinuerlig laser sveising;
3. Fra perspektivet av feilsøkingsvansker: QCW-pulslaser krever feilsøkingspulsrepetisjonsfrekvens, toppeffekt, pulsbredde, driftssyklus, pulsenergi, gjennomsnittlig effekt, toppeffekttetthet, energitetthet, ufokuseringsmengde, etc; Kontinuerlig laser trenger bare å fokusere på bølgeform, hastighet, kraft og defokusering, noe som er relativt enkelt.
Sammendrag av QCW-laser: To store fordeler: toppeffekt, lav varmetilførsel og liten deformasjon av arbeidsstykket.
Fordi pulsvarigheten er kort (vanligvis flere millisekunder), minimeres varmen som kommer inn i delen, så det anbefales å bruke pulserende lasersveising rundt den termiske sensoren og ekstremt tynne veggmaterialer. Samtidig, på grunn av den store mengden energi som overføres ved begynnelsen av pulsen, er pulserende lasersveising ofte egnet for reflekterende metall. Vanligvis referert til som en "forbedret puls", krafttoppen ved begynnelsen av pulssyklusen varer bare i en liten del av den totale pulsvarigheten. Imidlertid er kraften tilstrekkelig til å bryte gjennom materialets reflektivitet samtidig som den opprettholder en lavere gjennomsnittlig effekt, og reduserer dermed varmen. CW-lasere må gi en stor mengde energi for å koble sammen svært reflekterende metaller, og varmen som genereres kan lett skade delene eller komponentene i dem. CW kontinuerlig bølgelasersveising er for det meste høyeffektlaser med effekt over 500 watt. Generelt sett bør denne typen laser brukes for plater med en tykkelse på 1 mm eller mer. Sveisemekanismen er dyp penetrasjonssveising basert på nøkkelhullseffekt, med et stort sideforhold på over 8:1, men relativt høy varmetilførsel.
Til slutt, på grunn av fremskritt innen laserteknologi, er det også kontinuerlig lasermodulasjonsteknologi for å oppnå pulssveising av kontinuerlige lasere, samt høyfrekvent pulssveising av QCW-lasere.
Totalt sett har både CW-lasere og QCW-lasere sine fordeler og ulemper, avhengig av den spesifikke applikasjonen. CW-lasere er egnet for applikasjoner som krever en kontinuerlig lysstråle, mens QCW-lasere er egnet for applikasjoner som krever korte pulser med høy energi. Derfor er det viktig å velge riktig type laser for din spesifikke applikasjon for å oppnå de beste resultatene.