Nuolatinės ir greitos bangos lazeriai suvirinimui

Energijos paskirstymo charakteristikos

Svarbus nuolatinės srovės lazerių bruožas yra jų Gauso energijos pasiskirstymas, kai lazerio spindulio skerspjūvio energijos pasiskirstymas mažėja nuo centro į išorę pagal Gauso (normalaus pasiskirstymo) modelį. Ši pasiskirstymo charakteristika leidžia nuolatinės srovės lazeriams pasiekti itin didelį fokusavimo tikslumą ir apdorojimo efektyvumą, ypač tais atvejais, kai reikalingas koncentruotas energijos panaudojimas.

Nuolatinės bangos lazerio energijos paskirstymo schema

Nuolatinės bangos (CW) lazerinio suvirinimo privalumai

Mikrostruktūrinė perspektyva

Ištyrus metalų mikrostruktūrą, išryškėja aiškūs nuolatinės bangos (CW) lazerinio suvirinimo pranašumai, palyginti su beveik nuolatinės bangos (QCW) impulsiniu suvirinimu. QCW impulsinis suvirinimas, kurio dažnio riba paprastai yra apie 500 Hz, susiduria su kompromisu tarp persidengimo greičio ir įsiskverbimo gylio. Mažas persidengimo greitis lemia nepakankamą gylį, o didelis persidengimo greitis riboja suvirinimo greitį ir sumažina efektyvumą. Priešingai, nuolatinės bangos lazerinis suvirinimas, parinkus tinkamus lazerio šerdies skersmenis ir suvirinimo galvutes, užtikrina efektyvų ir nenutrūkstamą suvirinimą. Šis metodas yra ypač patikimas tose srityse, kuriose reikalingas didelis sandarumo vientisumas.

Terminio poveikio įvertinimas

Kalbant apie terminį poveikį, QCW impulsinis lazerinis suvirinimas turi persidengimo problemą, dėl kurios suvirinimo siūlė pakartotinai kaitinama. Tai gali sukelti metalo mikrostruktūros ir pagrindinės medžiagos neatitikimus, įskaitant dislokacijų dydžių ir aušinimo greičių skirtumus, todėl padidėja įtrūkimų rizika. Kita vertus, nuolatinės srovės lazerinis suvirinimas šios problemos išvengia, nes kaitinimo procesas yra tolygesnis ir nenutrūkstamas.

Lengvas reguliavimas

Kalbant apie veikimą ir reguliavimą, QCW lazerinis suvirinimas reikalauja kruopštaus kelių parametrų, įskaitant impulsų pasikartojimo dažnį, maksimalią galią, impulsų plotį, darbo ciklą ir kt., derinimo. Nuolatinės srovės lazerinis suvirinimas supaprastina reguliavimo procesą, daugiausia dėmesio skiriant bangos formai, greičiui, galiai ir defokusavimo kiekiui, o tai žymiai sumažina valdymo sunkumus.

Technologinė pažanga nuolatinio lazerinio suvirinimo srityje

Nors QCW lazerinis suvirinimas yra žinomas dėl didelės maksimalios galios ir mažo šiluminio įėjimo, kuris yra naudingas suvirinant karščiui jautrius komponentus ir itin plonasienes medžiagas, nuolatinio suvirinimo lazeriu technologijos pažanga, ypač didelės galios (paprastai didesnės nei 500 vatų) ir gilaus įsiskverbimo suvirinimo, pagrįsto rakto skylutės efektu, srityse, žymiai išplėtė jo taikymo sritį ir efektyvumą. Šio tipo lazeris ypač tinka medžiagoms, storesnėms nei 1 mm, nes pasiekia didelį kraštinių santykį (daugiau nei 8:1), nepaisant santykinai didelio šiluminio įėjimo.

Kvazi-nuolatinės bangos (QCW) lazerinis suvirinimas

Tikslinis energijos paskirstymas

QCW, reiškiantis „kvazinuolatinė banga“, žymi lazerio technologiją, kai lazeris skleidžia šviesą netolygiai, kaip parodyta a paveiksle. Skirtingai nuo vienodo energijos pasiskirstymo, būdingo vienmodžiams nuolatiniams lazeriams, QCW lazeriai savo energiją koncentruoja tankiau. Ši savybė suteikia QCW lazeriams didesnį energijos tankį, o tai reiškia didesnes įsiskverbimo galimybes. Gautas metalurginis efektas yra panašus į „vinio“ formą su reikšmingu gylio ir pločio santykiu, todėl QCW lazeriai puikiai tinka taikymams, susijusiems su didelio atspindžio lydiniais, šilumai jautriomis medžiagomis ir tiksliu mikrosuvirinimu.

Padidintas stabilumas ir sumažinta pliūpsnių interferencija

Vienas iš ryškių QCW lazerinio suvirinimo privalumų yra jo gebėjimas sušvelninti metalo srauto poveikį medžiagos sugerties greičiui, todėl procesas tampa stabilesnis. Lazerio ir medžiagos sąveikos metu intensyvus garavimas gali sukurti metalo garų ir plazmos mišinį virš išlydyto metalo telkinio, paprastai vadinamą metalo srautu. Šis srautas gali apsaugoti medžiagos paviršių nuo lazerio, sukeldamas nestabilų energijos tiekimą ir defektus, tokius kaip taškymasis, sprogimo taškai ir įdubimai. Tačiau QCW lazerių protarpinis spinduliavimas (pvz., 5 ms pliūpsnis, po kurio seka 10 ms pauzė) užtikrina, kad kiekvienas lazerio impulsas pasiekia medžiagos paviršių nepaveiktas metalo srauto, todėl suvirinimo procesas yra ypač stabilus, o tai ypač naudinga plonų lakštų suvirinimui.

Stabili lydymosi baseino dinamika

Lydymosi vonelės dinamika, ypač jėgos, veikiančios rakto skylutę, yra labai svarbios suvirinimo kokybei. Nuolatiniai lazeriai dėl ilgalaikio poveikio ir didesnių karščio paveiktų zonų linkę sukurti didesnes lydymosi voneles, pripildytas skysto metalo. Tai gali sukelti su didelėmis lydymosi vonelėmis susijusius defektus, tokius kaip rakto skylutės kolapsas. Priešingai, fokusuota energija ir trumpesnis sąveikos laikas atliekant greito laidumo lazerinį suvirinimą, koncentruoja lydymosi vonelę aplink rakto skylutę, todėl jėgos pasiskirsto tolygiau ir sumažėja poringumo, įtrūkimų ir taškymosi atvejų.