A folyamatos hullámú (CW) lézerek és a kvázi-folytonos hullámú (QCW) lézerek kétféle lézer, amelyeket általában különféle alkalmazásokban használnak. A CW lézerek folyamatos fénysugarat, míg a QCW lézerek rövid impulzusok sorozatát bocsátanak ki. Íme néhány különbség a két lézertípus között:
A CW és a QCW közötti különbségek
CW lézer: A CW a "folyamatos hullám" rövidítése, ami folyamatos hullámú lézert jelent. A lézerkimenetet folyamatos gerjesztési energiával éri el, ami azt jelenti, hogy a lézer bekapcsolva marad, amíg meg nem áll. A CW lézerek általában alacsonyabb csúcsteljesítményűek és nagyobb átlagos teljesítményűek.
Amint az 1. ábrán látható, a folyamatos lézer olyan lézerre vonatkozik, amely folyamatosan és folyamatosan fényt bocsát ki, összefoglaló néven folyamatos lézer. Általában a fémvágás és a réz alumínium hegesztés folyamatos lézerek, amelyeket a legszélesebb körben alkalmaznak. A folyamatos lézeres folyamat hibakeresés fő paraméterei a következők: teljesítmény hullámforma, defókuszálás mértéke, magátmérő folt és sebesség;
A 2. ábrán látható módon az egymódusú folyamatos lézer Gauss-féle energiaeloszlásának sematikus diagramja egy lézersugár keresztmetszetének energiaeloszlását mutatja. A középső energia a legmagasabb, a periféria pedig csökken, Gauss-eloszlást mutatva (normál eloszlás).
A QCW a "kvázi folyamatos hullám" rövidítése, ami kvázi folyamatos hullámú lézert jelent. Amint az impulzuslézer a. ábráján látható, a lézer általában egy szakaszos fénykibocsátás folyamata; A b ábra a lézerenergia eloszlását mutatja. Az egymódusú folyamatos lézerekhez képest a QCW energiaeloszlása koncentráltabb, ami azt jelenti, hogy a QCW nagyobb energiasűrűséggel (erősebb behatolási képességgel) rendelkezik, mint a folyamatos lézereké. Ez a metallográfiai vonatkozásban is megmutatkozik, ami azt jelenti, hogy a QCW nagyobb penetrációs képességgel rendelkezik. Az előállított metallográfiai megjelenés hasonló a szöghez, nagyobb oldalaránnyal. A QCW lézer csúcsteljesítménye és nagy energiasűrűsége alkalmassá teszi nagy ellenállású ötvözetekhez, hőérzékeny anyagokhoz. Óriási előnyökkel jár a mikrocsatlakozás; A c ábra a különböző frekvenciájú impulzuslézer hegesztési sematikus diagramját mutatja. Látható, hogy az impulzushegesztés viszonylag stabil, szinte fröccsenés nélkül [1].
A QCW lézerek főként a Q-switching nevű technológiát alkalmazzák, amely hatékony módszer nagy energiájú rövid impulzusok előállítására. Az általános kimenő folyamatos lézert rendkívül szűk impulzusokká tömöríti a kibocsátás érdekében, ezáltal több nagyságrenddel növeli a fényforrás csúcsteljesítményét. A Q-kapcsolás során, mielőtt az erősítő közeg elegendő energiát tárolna, az egész lézerrezonátor nagy üregveszteséget tart fenn. Jelenleg a lézer nem tud lézeres oszcillációt előidézni, mert a küszöb túl magas, így a felső szintű részecskeszám nagy mennyiségben halmozható fel. Amikor az akkumuláció eléri a telítési értéket, az üregveszteség gyorsan nagyon kicsire csökken, így a felső szintű részecskék által tárolt energia nagy része rövid időn belül lézerenergiává alakul, Erős lézerimpulzus-kimenetet generál a kimeneti oldalon .
Például egy kerek dobhoz hasonló ballont ki lehet szabadítani a fúvókájából, és lassan és folyamatosan leereszteni, amit folyamatos lézernek neveznek. A Q érték beállítása a ballon nyomás alá helyezését és azonnali felfújását jelenti, ami nagyjából a folyamatos és a QCW esetén történik.
4a ábra CW lézeres tömítőszeg megjelenése, egyenes varrat megjelenése, hosszmetszet metallográfiai vizsgálata; a QCW lézeres tömítő szeg megjelenése, egyenes hegesztési megjelenés, hosszanti metszet metallográfia;
Folyamatos lézerhegesztési hatás vs QCW kvázi folyamatos lézerhegesztési effektus:
1. A QCW megjelenése hasonló az impulzusponthegesztéshez, halpikkely-mintázatokkal, míg a folyamatos lézer sima és folyamatos görbével rendelkezik;
2. Energiabevitel: folyamatos lézerbemenet, szakaszos impulzusbemenet, tükröződik a metallográfián, folyamatos lézerhegesztés hosszanti metallográfiai folyamatos, csak enyhe ingadozások, impulzuslézerrel jól látható a lézerfúrás, mint egypontos lézeres metallográfiai toldás, minden lézer megfelelő metallográfiai jól látható ; Ezért a folyamatos hegesztés erősebb, mint a QCW lézerhegesztés a hegesztési kötés szilárdságában.
ábra: CW lézerhegesztés sematikus diagramja; b ábra A QCW lézerhegesztés sematikus diagramja
A QCW lézerhegesztés előnyei
1. A csóvák anyagelnyelő képességére gyakorolt hatásának elkerülése, a folyamat stabilabbá tétele: a lézer és az anyag közötti kölcsönhatás során az anyag erősen párolog, és fémgőz, plazma és egyéb gázok keverékét képezi az olvadt medence felett, együttesen fémoszlopként ismert. Ezek a fémcsóvák megvédik a lézert attól, hogy elérje az anyag felületét, ami instabil lézererőt ér el az anyag felületén, ami hibákat, például kifröccsenést, robbanási pontokat és gödröket eredményez; A QCW impulzushegesztését azonban szakaszos fénykibocsátás jellemzi (5 ms fénykibocsátás, 10 ms szaggatott fénykibocsátás, majd a következő fénykibocsátás), ami biztosítja, hogy az anyag felületén minden egyes lézerütést ne érintsenek fémcsóvák, stabilabbá teszi a hegesztéshez képest, és előnyökkel jár a vékonylemezes hegesztésben.
2. Stabil olvadékmedence: Az olvadékmedence kulcslyukájának feszültsége, a folyamatos lézerhatás hosszú időtartama, a nagy hővezetési terület, a nagy olvadékmedence területe és a folyékony fémek bősége sokkal nagyobbá teszi a folyamatos hegesztési olvadékmedencét mint a QCW lézeres olvadékmedence. Az olyan hibák, mint a pórusok, repedések és kifröccsenések, szorosan összefüggenek az olvadékmedencével: ha az olvadékmedence nagy, az olvadt medence felületi feszültsége csökken a hőmérséklet emelkedésével, és a nagy olvadt medence hajlamosabb a kulcslyuk összeomlására, amint az látható. a3-ban; A QCW lézerhegesztés koncentráltabb energiája és rövid működési ideje miatt az olvadt medence főként a kulcslyuk körül van, és az erő egyenletes. A pórusok, repedések és fröccsenések relatív előfordulási aránya kisebb.
3. Saller hőhatású zóna: az anyagra gyakorolt folyamatos lézerhatás folyamatosan hőt ad át az anyagnak, így a vékony anyag nagyon érzékeny a termikus deformációra és olyan hibákra, mint a belső feszültség okozta repedések. A QCW szakaszosan hat az anyagra, hűtési időt adva neki, így kisebb lesz a hőhatászónában és a hőbevitelben, így alkalmasabb vékony anyagok feldolgozására; A hőérzékelőkhöz közeli anyagokat pedig csak QCW lézerrel lehet feldolgozni.
4. Nagy csúcsteljesítmény: A folyamatos és QCW lézerek azonos átlagos teljesítményével a QCW nagyobb csúcsteljesítményt, nagyobb energiasűrűséget, nagyobb olvadási mélységet és erősebb behatolást érhet el. A QCW-nek több előnye van a rézötvözet és az alumíniumötvözet lemezek hegesztésében. Az azonos átlagos teljesítményű folyamatos lézer energiasűrűsége kisebb, mint a QCW, ami azt okozhatja, hogy a lézer nem hoz létre hegesztési nyomokat az anyag felületén, és mindegyik visszaverődik. Ha a lézer túl magas, a lézer abszorpciós sebessége meredeken növekszik az anyag megolvadása után, és a hőbevitel hirtelen megnő, ami ellenőrizhetetlen olvasztási mélységet és hőbevitelt eredményez. Vékonylemez-hegesztésnél nem használható, és előfordulhat olyan jelenség, hogy a hegesztési nyomok nem jönnek létre, vagy átégetnek, ami nem felel meg a folyamat követelményeinek.
A CW lézerhegesztés előnyei
1. Metallográfiai szempontból: ahogy a bal oldali ábrán is látható, a QCW impulzushegesztés a metallográfiai splicinghez tartozik, és a felső frekvenciahatár többnyire 500 Hz körül van. Az átfedési arány alacsony, az effektív olvadási mélység sekély, az átfedési sebesség magas, a sebesség nem javítható, és a hatékonyság alacsony; A folyamatos lézer hatékony és folyamatos hegesztést valósíthat meg a különböző mag átmérőjű és hegesztési csatlakozásokkal rendelkező lézerek kiválasztásával, és a folyamatos lézer bizonyos esetekben stabilabb, magas tömítési követelmények mellett;
2. A hőhatás mértéke szempontjából: a QCW impulzusos lézersugaras hegesztésnél átfedési arány probléma van, és a hegesztési varrat többször felmelegszik. Mivel a fém és az alapfém metallográfiai fázisa egyszeri hegesztés után eltérő lesz, és a diszlokáció mérete is eltérő, a hűtési sebesség az újraolvasztás után inkonzisztens lehet, ami könnyen repedéseket okozhat, de ez a jelenség folyamatos hegesztésnél nem létezik. lézeres hegesztés;
3. A hibakeresési nehézség szempontjából: a QCW impulzuslézer megköveteli az impulzusismétlési frekvencia, csúcsteljesítmény, impulzusszélesség, munkaciklus, impulzusenergia, átlagos teljesítmény, csúcsteljesítmény-sűrűség, energiasűrűség, defókuszálási mennyiség stb. hibakeresését; A folyamatos lézernek csak a hullámformára, sebességre, teljesítményre és defókuszra kell összpontosítania, ami viszonylag egyszerű.
A QCW lézer összefoglalása: Két fő előnye: csúcsteljesítmény, alacsony hőbevitel és kis munkadarab-deformáció.
Mivel az impulzus időtartama rövid (általában több ezredmásodperc), az alkatrészbe jutó hő minimálisra csökken, ezért a hőérzékelő és a rendkívül vékony falú anyagok körül pulzáló lézerhegesztés alkalmazása javasolt. Ugyanakkor az impulzus kezdetén átvitt nagy energiamennyiség miatt az impulzusos lézerhegesztés gyakran alkalmas reflexiós fémre. Általában "fokozott impulzusnak" nevezik, az impulzusciklus elején fellépő teljesítménycsúcs a teljes impulzus időtartamának csak egy kis részére tart. Ereje azonban elegendő ahhoz, hogy áttörje az anyag fényvisszaverő képességét, miközben alacsonyabb átlagos teljesítményt tart fenn, ezáltal csökkenti a hőt. A CW lézereknek nagy mennyiségű energiát kell biztosítaniuk az erősen visszaverő fémek összekapcsolásához, és a keletkező hő könnyen károsíthatja a bennük lévő alkatrészeket vagy alkatrészeket. A CW folyamatos hullámú lézerhegesztés többnyire nagy teljesítményű lézer, 500 watt feletti teljesítménnyel. Általánosságban elmondható, hogy ezt a lézertípust 1 mm-es vagy annál nagyobb vastagságú lemezekhez kell használni. A hegesztőmechanizmus kulcslyukhatáson alapuló mély behatolású hegesztés, nagy, 8:1 feletti oldalaránnyal, de viszonylag nagy hőbevitellel.
Végül a lézertechnológia fejlődésének köszönhetően folyamatos lézermodulációs technológia is létezik a folyamatos lézerek impulzushegesztésére, valamint a QCW lézerek nagyfrekvenciás impulzushegesztésére.
Összességében mind a CW, mind a QCW lézereknek megvannak a maga előnyei és hátrányai, az adott alkalmazástól függően. A CW lézerek olyan alkalmazásokhoz alkalmasak, amelyek folyamatos fénysugarat igényelnek, míg a QCW lézerek olyan alkalmazásokhoz, amelyek nagy energiájú rövid impulzusokat igényelnek. Ezért a legjobb eredmény elérése érdekében fontos, hogy az adott alkalmazáshoz megfelelő lézertípust válasszuk ki.