Kontinuerlige bølgelasere (CW) og kvasi-kontinuerlige bølgelasere (QCW) er to typer lasere, der almindeligvis bruges i forskellige applikationer. CW-lasere udsender en kontinuerlig lysstråle, mens QCW-lasere udsender en række korte impulser. Her er nogle af forskellene mellem disse to typer lasere:
Forskelle mellem CW og QCW
CW laser: CW er forkortelsen for "kontinuerlig bølge", hvilket betyder kontinuerlig bølgelaser. Den opnår laseroutput gennem kontinuerlig excitationsenergi, hvilket betyder, at laseren forbliver tændt, indtil den stopper. CW-lasere har typisk lavere spidseffekt og højere gennemsnitseffekt.
Som vist i figur 1 refererer kontinuerlig laser til en laser, der kontinuerligt og kontinuerligt kan udsende lys, samlet kendt som kontinuerlig laser. Generelt er almindelig metalskæring og kobberaluminiumsvejsning kontinuerlige lasere, som er de mest udbredte. De vigtigste parametre for kontinuerlig laserprocesfejlfinding inkluderer: effektbølgeform, defokuseringsmængde, kernediameterspot og hastighed;
Som vist i figur 2 viser det skematiske diagram af gaussisk energifordeling af enkelt-mode kontinuerlig laser energifordelingen af tværsnittet af en laserstråle. Mellemenergien er den højeste, og periferien aftager igen, hvilket viser en Gauss-fordeling (normalfordeling).
QCW er forkortelsen for "quasi continuous wave", hvilket betyder en quasi continuous wave laser. Som vist i figur a af pulserende laser er laser sædvanligvis en proces med intermitterende lysemission; Figur b viser laserenergifordelingen. Sammenlignet med single-mode kontinuerlige lasere er energifordelingen af QCW mere koncentreret, hvilket betyder, at QCW har en højere energitæthed (større penetrationsevne) end kontinuerlige lasere. Dette afspejles i det metallografiske aspekt, hvilket betyder, at QCW har en større penetrationsevne. Det fremstillede metallografiske aspekt ligner et søm med et højere billedformat. Den maksimale lasereffekt og høje energitæthed af QCW gør den velegnet til legeringer med høj modstand, termisk følsomme materialer. Der er store fordele ved mikroforbindelse; Figur c viser svejsediagrammet for pulserende laser med forskellige frekvenser. Det kan ses, at pulssvejsningen er relativt stabil med næsten ingen sprøjt [1].
QCW-lasere bruger hovedsageligt en teknologi kaldet Q-switching, som er en effektiv metode til at opnå højenergiske korte pulser. Den komprimerer den generelle output kontinuerlige laser til ekstremt smalle impulser til emission og øger derved lyskildens spidseffekt med flere størrelsesordener. Under Q-switching, før forstærkningsmediet lagrer nok energi, opretholder hele laserresonatoren et højt hulrumstab. På dette tidspunkt kan laseren ikke producere laseroscillation, fordi tærsklen er for høj, således at antallet af partikelnummer på øverste niveau kan akkumuleres i store mængder. Når akkumuleringen når mætningsværdien, reduceres kavitetstabet hurtigt til en meget lille værdi, så det meste af energien, der er lagret af partikler på øverste niveau, vil blive omdannet til laserenergi på kort tid, Generer en stærk laserpulsudgang ved outputenden .
For eksempel kan en ballon, der ligner en rund tromle, frigives fra dens dyse og langsomt og kontinuerligt tømmes for luft, hvilket kaldes en kontinuerlig laser. Justering af Q-værdien er at sætte ballonen under tryk og puste den op med det samme, hvilket stort set er tilfældet med kontinuerlig og QCW.
Fig. 4 a Udseende af CW laserforseglingssøm, udseende af lige svejsesøm, metallografisk undersøgelse af længdesnit; en QCW-laserforsegling af søm, udseende af lige svejsninger, metallografi i længdesnit;
Kontinuerlig lasersvejseeffekt vs QCW kvasi kontinuerlig lasersvejseeffekt:
1. Udseendet af QCW ligner pulspunktsvejsning, med fiskeskalamønstre, mens kontinuerlig laser har en jævn og kontinuerlig kurve;
2. Energiinput: kontinuerlig laserinput, puls intermitterende input, reflekteret på metallografien, kontinuerlig lasersvejsning langsgående metallografisk kontinuerlig, kun små udsving, pulslaser kan tydeligt se laseren bore som enkeltpunkt laser metallografisk splejsning, hver laser tilsvarende metallografisk tydeligt synlig ; Derfor er kontinuerlig svejsning stærkere end QCW lasersvejsning i svejsefugestyrke.
Fig. et skematisk diagram af CW-lasersvejsning; Fig. b Skematisk diagram af QCW lasersvejsning
Fordele ved QCW lasersvejsning
1. Undgå påvirkning af faner på materialeabsorbansen, hvilket gør processen mere stabil: under interaktionen mellem laser og materiale vil materialet undergå kraftig fordampning og danne en blanding af metaldamp, plasma og andre gasser over den smeltede pool, samlet kendt som metalfaner. Disse metalfaner vil afskærme laseren fra at nå materialets overflade, hvilket resulterer i, at ustabil laserkraft når materialets overflade, hvilket resulterer i defekter såsom stænk, eksplosionspunkter og gruber; Imidlertid er pulssvejsningen af QCW karakteriseret ved intermitterende lysoutput (5ms lysudgang, 10ms intermitterende lysoutput og derefter den næste lysoutput), som sikrer, at hvert laserslag på materialets overflade ikke påvirkes af metalfaner, gør den mere stabil sammenlignet med svejsning og har fordele ved tyndpladesvejsning.
2. Stabil smeltebassin: Spændingen på smeltebassinets nøglehul, den lange varighed af kontinuerlig laserhandling, det store varmeledningsområde, det store smeltebassinområde og overfloden af flydende metal gør den kontinuerlige svejsesmeltepool meget større end QCW lasersmeltepuljen. Defekter såsom porer, revner og stænk er tæt forbundet med smeltebassinet: hvis smeltebassinet er stort, falder overfladespændingen af smeltebassinet med stigende temperatur, og det store smeltede bassin er mere tilbøjelig til at kollapse nøglehul, som vist. i a3; På grund af den mere koncentrerede energi og korte aktionstid ved QCW-lasersvejsning eksisterer den smeltede pool hovedsageligt omkring nøglehullet, og kraften er ensartet. Den relative forekomst af porer, revner og sprøjt er lavere.
3. Saller varmepåvirket zone: kontinuerlig laserpåvirkning på materialet overfører kontinuerligt varme til materialet, hvilket gør det tynde materiale meget modtageligt for termisk deformation og defekter som f.eks. revner forårsaget af indre spændinger. QCW virker intermitterende på materialet, hvilket giver det afkølingstid, hvilket gør det mindre i den varmepåvirkede zone og varmetilførsel, hvilket gør det mere velegnet til behandling af tynde materialer; Og materialer tæt på termiske sensorer kan kun behandles med QCW-laser.
4. Høj spidseffekt: Med den samme gennemsnitlige effekt af kontinuerlige lasere og QCW-lasere kan QCW opnå højere spidseffekt, højere energitæthed, større smeltedybde og stærkere penetration. QCW har flere fordele ved svejsning af kobberlegering og aluminiumslegeringsplade. Energitætheden af en kontinuerlig laser med samme gennemsnitlige effekt er lavere end QCW, hvilket kan forårsage, at laseren ikke producerer svejsemærker på materialets overflade, og at de alle reflekteres. Hvis laseren er for høj, vil laserabsorptionshastigheden stige kraftigt efter opnåelse af materialesmeltning, og varmetilførslen vil pludselig stige, hvilket resulterer i ukontrollerbar smeltedybde og varmetilførsel. Det kan ikke bruges til tyndpladesvejsning, og der kan være fænomener med enten manglende svejsemærker eller gennembrænding, som ikke kan opfylde proceskravene.
Fordele ved CW lasersvejsning
1. Fra et metallografisk perspektiv: som vist i den venstre figur hører QCW-pulssvejsning til metallografisk splejsning, og den øvre frekvensgrænse er for det meste omkring 500Hz. Overlapningshastigheden er lav, den effektive smeltedybde er lav, overlapningshastigheden er høj, hastigheden kan ikke forbedres, og effektiviteten er lav; Kontinuerlig laser kan realisere effektiv og kontinuerlig svejsning gennem udvælgelse af lasere med forskellige kernediametre og svejsesamlinger, og kontinuerlig laser er mere stabil i nogle tilfælde med høje krav til tætning;
2. Fra perspektivet af graden af varmepåvirkning: der er problemer med overlapningshastighed ved QCW-pulslaserstrålesvejsning, og svejsesømmen opvarmes gentagne gange. Fordi den metallografiske fase af metallet og basismetallet vil være anderledes efter svejsning én gang, og størrelsen af dislokation er forskellig, kan afkølingshastigheden være inkonsekvent efter omsmeltning, hvilket er let at forårsage revner, men dette fænomen eksisterer ikke i kontinuerligt lasersvejsning;
3. Fra perspektivet af fejlfindingsvanskeligheder: QCW pulslaser kræver fejlfinding af pulsgentagelsesfrekvens, spidseffekt, pulsbredde, driftscyklus, pulsenergi, gennemsnitseffekt, spidseffekttæthed, energitæthed, defokuseringsmængde osv.; Kontinuerlig laser skal kun fokusere på bølgeform, hastighed, kraft og defokusering, hvilket er relativt enkelt.
Sammenfatning af QCW-laser: To store fordele: spidseffekt, lav varmetilførsel og lille deformation af emnet.
Fordi pulsvarigheden er kort (normalt flere millisekunder), minimeres varmen, der kommer ind i delen, så det anbefales at bruge pulseret lasersvejsning omkring den termiske sensor og ekstremt tyndvæggede materialer. På samme tid, på grund af den store mængde energi, der transmitteres i begyndelsen af pulsen, er pulseret lasersvejsning ofte velegnet til reflekterende metal. Normalt omtales som en "forbedret puls", kraftspidsen i begyndelsen af pulscyklussen varer kun i en lille del af den samlede pulsvarighed. Dens kraft er dog tilstrækkelig til at bryde igennem materialets reflektionsevne og samtidig opretholde en lavere gennemsnitseffekt og derved reducere varmen. CW-lasere skal give en stor mængde energi for at koble stærkt reflekterende metaller, og den genererede varme kan nemt beskadige delene eller komponenterne i dem. CW kontinuerlig bølgelasersvejsning er for det meste højeffektlaser med effekt over 500 watt. Generelt bør denne type laser bruges til plader med en tykkelse på 1 mm eller mere. Svejsemekanismen er dyb penetrationssvejsning baseret på nøglehulseffekt, med et stort aspektforhold på over 8:1, men relativt høj varmetilførsel.
Endelig er der på grund af laserteknologiens fremskridt også kontinuerlig lasermodulationsteknologi til at opnå pulssvejsning af kontinuerlige lasere, såvel som højfrekvent pulssvejsning af QCW-lasere.
Samlet set har både CW-lasere og QCW-lasere deres fordele og ulemper, afhængigt af den specifikke anvendelse. CW-lasere er velegnede til applikationer, der kræver en kontinuerlig lysstråle, mens QCW-lasere er velegnede til applikationer, der kræver korte impulser med høj energi. Derfor er det vigtigt at vælge den rigtige type laser til din specifikke anvendelse for at opnå de bedste resultater.