Laser CW và laser QCW trong hàn

Đặc điểm phân phối năng lượng

Một đặc điểm đáng chú ý của laser CW là phân bố năng lượng Gaussian, trong đó phân bố năng lượng của mặt cắt ngang của chùm tia laser giảm dần từ tâm ra ngoài theo mô hình Gaussian (phân bố chuẩn). Đặc điểm phân bố này cho phép laser CW đạt được độ chính xác hội tụ và hiệu quả xử lý cực cao, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi triển khai năng lượng tập trung.

Biểu đồ phân phối năng lượng laser CW

Ưu điểm của hàn laser sóng liên tục (CW)

Góc nhìn vi cấu trúc

Kiểm tra cấu trúc vi mô của kim loại cho thấy những ưu điểm riêng biệt của hàn laser sóng liên tục (CW) so với hàn xung sóng liên tục gần (QCW). Hàn xung QCW, bị giới hạn bởi giới hạn tần số, thường là khoảng 500Hz, phải đối mặt với sự đánh đổi giữa tốc độ chồng lấn và độ sâu thâm nhập. Tốc độ chồng lấn thấp dẫn đến độ sâu không đủ, trong khi tốc độ chồng lấn cao hạn chế tốc độ hàn, làm giảm hiệu quả. Ngược lại, hàn laser CW, thông qua việc lựa chọn đường kính lõi laser và đầu hàn phù hợp, đạt được hiệu quả hàn liên tục và hiệu quả. Phương pháp này chứng tỏ đặc biệt đáng tin cậy trong các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn của mối hàn cao.

Xem xét tác động nhiệt

Theo quan điểm về tác động nhiệt, hàn laser xung QCW gặp phải vấn đề chồng chéo, dẫn đến việc làm nóng liên tục đường hàn. Điều này có thể gây ra sự không nhất quán giữa cấu trúc vi mô của kim loại và vật liệu gốc, bao gồm các biến thể về kích thước sai lệch và tốc độ làm mát, do đó làm tăng nguy cơ nứt. Mặt khác, hàn laser xung CW tránh được vấn đề này bằng cách cung cấp quy trình gia nhiệt đồng đều và liên tục hơn.

Dễ dàng điều chỉnh

Về mặt vận hành và điều chỉnh, hàn laser QCW đòi hỏi phải điều chỉnh tỉ mỉ một số thông số, bao gồm tần số lặp lại xung, công suất cực đại, độ rộng xung, chu kỳ hoạt động, v.v. Hàn laser CW đơn giản hóa quá trình điều chỉnh, tập trung chủ yếu vào dạng sóng, tốc độ, công suất và lượng lệch tiêu điểm, giúp giảm đáng kể khó khăn trong vận hành.

Tiến bộ công nghệ trong hàn laser CW

Trong khi hàn laser QCW được biết đến với công suất đỉnh cao và đầu vào nhiệt thấp, có lợi cho việc hàn các thành phần nhạy nhiệt và vật liệu có thành cực mỏng, thì những tiến bộ trong công nghệ hàn laser CW, đặc biệt là đối với các ứng dụng công suất cao (thường trên 500 watt) và hàn thâm nhập sâu dựa trên hiệu ứng lỗ khóa, đã mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng và hiệu quả của nó. Loại laser này đặc biệt phù hợp với các vật liệu dày hơn 1mm, đạt được tỷ lệ khía cạnh cao (trên 8:1) mặc dù đầu vào nhiệt tương đối cao.

Hàn Laser Sóng Liên Tục (QCW)

Phân phối năng lượng tập trung

QCW, viết tắt của "Sóng liên tục gần đúng", là công nghệ laser trong đó laser phát ra ánh sáng theo cách không liên tục, như mô tả trong hình a. Không giống như sự phân bố năng lượng đồng đều của laser liên tục chế độ đơn, laser QCW tập trung năng lượng của chúng dày đặc hơn. Đặc điểm này mang lại cho laser QCW mật độ năng lượng cao hơn, chuyển thành khả năng thâm nhập mạnh hơn. Hiệu ứng luyện kim kết quả giống như hình dạng "đinh" với tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng đáng kể, cho phép laser QCW vượt trội trong các ứng dụng liên quan đến hợp kim có độ phản xạ cao, vật liệu nhạy nhiệt và hàn vi mô chính xác.

Tăng cường độ ổn định và giảm nhiễu khói bụi

Một trong những lợi thế rõ rệt của hàn laser QCW là khả năng làm giảm tác động của luồng kim loại lên tốc độ hấp thụ của vật liệu, dẫn đến quá trình ổn định hơn. Trong quá trình tương tác laser-vật liệu, quá trình bay hơi mạnh có thể tạo ra hỗn hợp hơi kim loại và plasma phía trên vũng nóng chảy, thường được gọi là luồng kim loại. Luồng này có thể che chắn bề mặt vật liệu khỏi tia laser, gây ra sự phân phối điện không ổn định và các khuyết tật như bắn tóe, điểm nổ và rỗ. Tuy nhiên, sự phát xạ không liên tục của laser QCW (ví dụ: một xung 5ms tiếp theo là một khoảng dừng 10ms) đảm bảo rằng mỗi xung laser đến bề mặt vật liệu mà không bị ảnh hưởng bởi luồng kim loại, dẫn đến quá trình hàn đáng chú ý là ổn định, đặc biệt có lợi cho hàn tấm mỏng.

Động lực của bể tan chảy ổn định

Động lực của vũng nóng chảy, đặc biệt là về mặt lực tác động lên lỗ khóa, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng mối hàn. Tia laser liên tục, do tiếp xúc lâu dài và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt lớn hơn, có xu hướng tạo ra các vũng nóng chảy lớn hơn chứa đầy kim loại lỏng. Điều này có thể dẫn đến các khuyết tật liên quan đến vũng nóng chảy lớn, chẳng hạn như sụp lỗ khóa. Ngược lại, năng lượng tập trung và thời gian tương tác ngắn hơn của hàn laser QCW tập trung vũng nóng chảy xung quanh lỗ khóa, dẫn đến phân phối lực đồng đều hơn và tỷ lệ lỗ xốp, nứt và bắn tóe thấp hơn.