Laser CW và laser QCW trong hàn

Đặc điểm phân phối năng lượng

Một thuộc tính đáng chú ý của laser CW là sự phân bố năng lượng Gaussian của chúng, trong đó sự phân bố năng lượng của tiết diện chùm tia laser giảm dần từ tâm ra ngoài theo mẫu Gaussian (phân bố chuẩn). Đặc tính phân phối này cho phép laser CW đạt được độ chính xác lấy nét và hiệu quả xử lý cực cao, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu triển khai năng lượng tập trung.

Sơ đồ phân phối năng lượng Laser CW

Ưu điểm của hàn Laser sóng liên tục (CW)

Quan điểm cấu trúc vi mô

Kiểm tra cấu trúc vi mô của kim loại cho thấy những ưu điểm khác biệt của hàn laser Sóng liên tục (CW) so với hàn xung tựa sóng liên tục (QCW). Hàn xung QCW, bị hạn chế bởi giới hạn tần số của nó, thường là khoảng 500Hz, phải đối mặt với sự cân bằng giữa tốc độ chồng lấp và độ sâu thâm nhập. Tỷ lệ chồng chéo thấp dẫn đến độ sâu không đủ, trong khi tỷ lệ chồng chéo cao sẽ 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 sẽ đạt được hiệu quả hàn liên tục và hiệu quả. Phương pháp này tỏ ra đặc biệt đáng tin cậy trong các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn của con dấu cao.

Xem xét tác động nhiệt

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

Dễ điều chỉnh

Về mặt vận hành và điều chỉnh, hàn laser QCW yêu cầu 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 giúp đơn giản hóa quá trình điều chỉnh, tập trung chủ yếu vào dạng sóng, tốc độ, công suất và mức độ mất nét, giảm bớt đáng kể khó khăn khi 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 bộ phận nhạy cảm với nhiệt và vật liệu có thành cực mỏng, thì lại có những tiến bộ trong công nghệ hàn laser CW, đặc biệt là cho các ứng dụng công suất cao (thường trên 500 watt) và Hàn xuyên 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 tỷ lệ khung hình cao (trên 8:1) mặc dù lượng nhiệt đầu vào tương đối cao.

Hàn laser gần sóng liên tục (QCW)

Phân phối năng lượng tập trung

QCW, viết tắt của "Gần sóng liên tục", đại diện cho công nghệ laser trong đó tia laser phát ra ánh sáng không liên tục, như mô tả trong hình a. Không giống như sự phân bố năng lượng đồng đều của laser liên tục đơn mode, laser QCW tập trung năng lượng của chúng dày đặc hơn. Đặc tính này mang lại cho laser QCW mật độ năng lượng vượt trội, mang lại khả năng xuyên thấu mạnh hơn. Hiệu ứng luyện kim thu được gần giống với 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 sự ổn định và giảm nhiễu chùm tia

Một trong những ưu điểm rõ rệt của hàn laser QCW là khả năng giảm thiểu tác động của chùm kim loại lên tốc độ hấp thụ của vật liệu, dẫn đến quy trình ổn định hơn. Trong quá trình tương tác vật liệu-laser, sự bay hơi mạnh có thể tạo ra hỗn hợp hơi kim loại và plasma phía trên bể tan chảy, thường được gọi là chùm kim loại. Luồng này có thể che chắn bề mặt vật liệu khỏi tia laser, gây ra việc cung cấp năng lượng không ổn định và các khuyết tật như bắn tung tóe, điểm nổ và hố. Tuy nhiên, sự phát xạ không liên tục của laser QCW (ví dụ: một chùm 5ms sau đó tạm dừng 10ms) đảm bảo rằng mỗi xung laser chạm tới bề mặt vật liệu mà không bị ảnh hưởng bởi chùm kim loại, dẫn đến quá trình hàn ổn định đáng kể, đặc biệt thuận lợi cho hàn tấm mỏng.

Động lực học tan chảy ổn định

Động lực học của bể tan chảy, đặc biệt là về lực tác dụng lên lỗ khóa, rất quan trọng trong việc xác định chất lượng của mối hàn. Các tia laser liên tục, do thời gian phơi sáng kéo dài và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt lớn hơn, có xu hướng tạo ra các bể nóng chảy lớn hơn chứa đầy kim loại lỏng. Điều này có thể dẫn đến các khiếm khuyết liên quan đến các bể tan chảy lớn, chẳng hạn như sập lỗ khóa. Ngược lại, năng lượng tập trung và thời gian tương tác ngắn hơn của hàn laser QCW sẽ tập trung vũng nóng chảy xung quanh lỗ khóa, dẫn đến sự phân bố lực đồng đều hơn và tỷ lệ rỗ, nứt và bắn tóe thấp hơn.