Laser CW và laser QCW trong hàn

Đặc điểm phân phối năng lượng

Một thuộc tính đáng chú ý của laser CW là phân phối năng lượng Gaussian của chúng, trong đó sự phân bố năng lượng của mặt cắt ngang của chùm tia laser giảm dần từ trung tâm bên ngoài theo mô hình Gaussian (phân phối bình thường). Đặc tính phân phối này cho phép các laser CW đạt được hiệu quả xử lý và độ chính xác 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 liên tục (CW)

Quan điểm vi cấu trúc

Việc 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 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 đánh đổi giữa tốc độ chồng chéo và độ sâu thâm nhập. Tốc độ chồng chéo thấp dẫn đến độ sâu không đủ, trong khi tốc độ chồng chéo cao hạn chế tốc độ hàn, giảm hiệu quả. Ngược lại, hàn laser CW, thông qua việc lựa chọn đường kính laser và đầu hàn thích hợp, đạt được hàn hiệu quả và liên tục. Phương pháp này chứng minh đặc biệt đáng tin cậy trong các ứng dụng yêu cầu tính toàn vẹn của con dấu cao.

Xem xét tác động nhiệt

Từ quan điểm của tác động nhiệt, hàn laser xung QCW phải chịu vấn đề chồng chéo, dẫn đến việc làm nóng lặp đi lặp lại của các vạch hàn. Điều này có thể giới thiệu sự không nhất quán giữa cấu trúc của kim loại và vật liệu mẹ, bao gồm các biến thể về kích thước trật khớp và tốc độ làm mát, do đó làm tăng nguy cơ bị nứt. Mặt khác, hàn laser CW tránh vấn đề này bằng cách cung cấp một quá trình sưởi ấm đồng đều và liên tục hơn.

Dễ điều chỉnh

Về mặt hoạt động và điều chỉnh, nhu cầu hàn laser QCW nhu cầu điều chỉnh tỉ mỉ một số tham số, bao gồm tần số lặp lại xung, công suất cực đại, chiều rộng xung, chu kỳ nhiệm vụ, v.v. Hàn laser CW đơn giản hóa quá trình điều chỉnh, tập trung chủ yếu vào dạng sóng, tốc độ, sức mạnh và lượng làm giảm, giảm đáng kể độ khó vận hành.

Tiến bộ công nghệ trong hàn laser CW

Trong khi hàn laser QCW được biết đến với công suất cao nhất và đầu vào nhiệt thấp, có lợi cho các thành phần nhạy cảm với nhiệt và vật liệu cực kỳ mỏng, những tiến bộ trong công nghệ hàn laser CW, đặc biệt là đối với các ứng dụng năng lượng cao (thường là trên 500 watt) và hàn thâm nhập sâu dựa trên hiệu ứng Keyhole, đã mở rộng đáng kể. Loại laser này đặc biệt phù hợp với vật liệu dày hơn 1mm, đạt được tỷ lệ khung hình 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, đại diện cho "sóng liên tục", đại diện cho một công nghệ laser nơi laser phát ra ánh sáng theo cách không liên tục, như được 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 tính này cấp cho QCW Laser mật độ năng lượng vượt trội, chuyển thành khả năng thâm nhập mạnh hơn. Hiệu ứng luyện kim kết quả gần giống với hình dạng "móng tay" với tỷ lệ độ sâu đáng kể, cho phép các laser QCW vượt trội trong các ứng dụng liên quan đến hợp kim phản xạ cao, vật liệu nhạy cảm với nhiệt và dây điện vi mô chính xác.

Tăng cường ổn định và giảm nhiễu Plume

Một trong những lợi thế rõ rệt của hàn laser QCW là khả năng giảm thiểu tác động của Plume kim loại đến tốc độ hấp thụ của vật liệu, dẫn đến một quá trình ổn định hơn. Trong quá trình tương tác vật liệu laser, sự bay hơi cường độ cao có thể tạo ra một hỗn hợp hơi kim loại và plasma phía trên bể tan, thường được gọi là một miếng kim loại. Vận động này có thể che chắn bề mặt vật liệu khỏi laser, gây ra việc cung cấp năng lượng không ổn định và các khuyết tật như Spatter, điểm nổ và hố. Tuy nhiên, sự phát xạ không liên tục của laser QCW (ví dụ, một vụ nổ 5ms sau đó là tạm dừng 10ms) đảm bảo rằng mỗi xung laser đến bề mặt của vật liệu không bị ảnh hưởng bởi chùm kim loại, dẫn đến một quá trình hàn ổn định đáng chú ý, đặc biệt thuận lợi đối với hàn mỏng.

Động lực học bể bơi ổn định

Động lực của nhóm tan chảy, đặc biệt là về các lực tác dụng lên lỗ khóa, là rất quan trọng trong việc xác định chất lượng của mối hàn. Laser liên tục, do tiếp xúc kéo dài và các vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt lớn hơn, có xu hướng tạo ra các bể tan 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 sụp đổ lỗ khóa. Ngược lại, năng lượng tập trung và thời gian tương tác ngắn hơn của hàn laser QCW tập trung nhóm tan chảy xung quanh lỗ khóa, dẫn đến phân bố lực đồng đều hơn và tỷ lệ xốp, nứt và spatter thấp hơn.