Lasery s kontinuálnou vlnou (CW) a lasery s kvázi kontinuálnou vlnou (QCW) sú dva typy laserov, ktoré sa bežne používajú v rôznych aplikáciách. CW lasery vyžarujú nepretržitý lúč svetla, zatiaľ čo lasery QCW vyžarujú sériu krátkych impulzov. Tu sú niektoré z rozdielov medzi týmito dvoma typmi laserov:
Rozdiely medzi CW a QCW
CW laser: CW je skratka pre "continuous wave", čo znamená kontinuálny vlnový laser. Dosahuje výstup lasera prostredníctvom nepretržitej excitačnej energie, čo znamená, že laser zostáva zapnutý, kým sa nezastaví. CW lasery majú zvyčajne nižší špičkový výkon a vyšší priemerný výkon.
Ako je znázornené na obrázku 1, kontinuálny laser sa vzťahuje na laser, ktorý môže nepretržite a nepretržite vyžarovať svetlo, spoločne známy ako kontinuálny laser. Všeobecne platí, že bežné rezanie kovov a zváranie medi a hliníka sú kontinuálne lasery, ktoré sú najpoužívanejšie. Hlavné parametre pre kontinuálne ladenie laserového procesu zahŕňajú: priebeh výkonu, rozsah rozostrenia, bod priemeru jadra a rýchlosť;
Ako je znázornené na obrázku 2, schematický diagram gaussovskej distribúcie energie jednovidového kontinuálneho lasera ukazuje distribúciu energie v priereze laserového lúča. Stredná energia je najvyššia a periféria postupne klesá, čo ukazuje Gaussovo rozdelenie (normálne rozdelenie).
QCW je skratka pre "quasi continuous wave", čo znamená kvázi kontinuálny vlnový laser. Ako je znázornené na obrázku a pulzného lasera, laser je zvyčajne proces prerušovanej emisie svetla; Obrázok b znázorňuje rozloženie energie lasera. V porovnaní s jednorežimovými kontinuálnymi lasermi je distribúcia energie QCW koncentrovanejšia, čo znamená, že QCW má vyššiu hustotu energie (silnejšiu schopnosť prieniku) ako kontinuálne lasery. To sa odráža v metalografickom aspekte, čo znamená, že QCW má väčšiu penetračnú schopnosť. Produkovaný metalografický vzhľad je podobný klincom s vyšším pomerom strán. Špičkový výkon lasera a vysoká hustota energie QCW ho robia vhodným pre vysoko odolné zliatiny, materiály citlivé na teplo. Mikrokonektivita má obrovské výhody; Obrázok c znázorňuje schematický diagram zvárania pulzného lasera s rôznymi frekvenciami. Je vidieť, že pulzné zváranie je relatívne stabilné, takmer bez rozstreku [1].
QCW lasery využívajú hlavne technológiu nazývanú Q-switching, čo je efektívna metóda na získanie vysokoenergetických krátkych impulzov. Stláča všeobecný výstupný kontinuálny laser do extrémne úzkych impulzov na emisiu, čím zvyšuje špičkový výkon svetelného zdroja o niekoľko rádov. Počas Q-spínania, predtým, ako zosilňovacie médium uloží dostatok energie, celý laserový rezonátor udržiava vysokú stratu dutiny. V tomto čase laser nemôže produkovať osciláciu lasera, pretože prahová hodnota je príliš vysoká, takže počet častíc vyššej úrovne sa môže hromadiť vo veľkých množstvách. Keď akumulácia dosiahne hodnotu nasýtenia, strata dutiny sa rýchlo zníži na veľmi malú hodnotu, takže väčšina energie uloženej časticami hornej úrovne sa v krátkom čase premení na laserovú energiu, generuje silný laserový impulzný výstup na výstupnom konci .
Napríklad balón podobný okrúhlemu bubnu môže byť uvoľnený z jeho trysky a pomaly a nepretržite vypúšťaný, čo sa nazýva kontinuálny laser. Úprava hodnoty Q znamená natlakovať balónik a okamžite ho nafúknuť, čo je zhruba prípad kontinuálneho a QCW.
Obr. 4 a Vzhľad tesniaceho klinca CW laserom, vzhľad rovného zvarového švu, metalografické vyšetrenie pozdĺžneho rezu; vzhľad nechtov s laserom QCW, vzhľad rovného zvaru, metalografia pozdĺžneho rezu;
Nepretržitý laserový zvárací efekt vs QCW kvázi kontinuálny laserový zvárací efekt:
1. Vzhľad QCW je podobný pulznému bodovému zváraniu so vzormi rybích šupín, zatiaľ čo kontinuálny laser má hladkú a súvislú krivku;
2. Vstup energie: kontinuálny laserový vstup, impulzný prerušovaný vstup, odráža sa na metalografii, kontinuálny laserový zvar pozdĺžny metalografický kontinuálny, len mierne kolísanie, pulzný laser môže jasne vidieť laserové vŕtanie ako jednobodové laserové metalografické spájanie, každý laser zodpovedajúci metalografii jasne viditeľný ; Preto je kontinuálne zváranie silnejšie ako laserové zváranie QCW v pevnosti zvarového spoja.
Obr. Schematický diagram CW laserového zvárania; Obr b Schéma QCW laserového zvárania
Výhody QCW laserového zvárania
1. Vyhýbanie sa vplyvu oblakov na absorbciu materiálu, čím sa proces stáva stabilnejším: počas interakcie medzi laserom a materiálom sa materiál podrobí prudkému vyparovaniu, čím sa vytvorí zmes kovových pár, plazmy a iných plynov nad roztaveným bazénom. známe ako kovové chocholy. Tieto kovové oblaky budú chrániť laser pred dosiahnutím povrchu materiálu, čo má za následok nestabilný výkon lasera dosahujúci povrch materiálu, čo vedie k defektom, ako sú postriekanie, miesta výbuchu a jamy; Pulzné zváranie QCW sa však vyznačuje prerušovaným svetelným výstupom (5 ms svetelného výkonu, 10 ms prerušovaného svetelného výkonu a potom nasledujúcim svetelným výstupom), ktorý zaisťuje, že každý zásah lasera na povrch materiálu nie je ovplyvnený kovovými oblakmi, čím je stabilnejší v porovnaní so zváraním a má výhody pri zváraní tenkých plechov.
2. Stabilný bazén taveniny: Napätie na kľúčovú dierku bazéna s taveninou, dlhé trvanie nepretržitého pôsobenia lasera, veľká oblasť vedenia tepla, veľká plocha bazéna taveniny a množstvo tekutého kovu spôsobujú, že bazén kontinuálneho zvárania je oveľa väčší. než QCW laser tavenina. Poruchy, ako sú póry, praskliny a postriekania, úzko súvisia s roztaveným kúpeľom: ak je roztavený kúpeľ veľký, povrchové napätie roztaveného kúpeľa klesá so zvyšujúcou sa teplotou a veľký roztavený kúpeľ je náchylnejší na kolaps kľúčovej dierky, ako je znázornené v a3; Kvôli koncentrovanejšej energii a krátkej dobe pôsobenia laserového zvárania QCW sa roztavený bazén nachádza hlavne okolo kľúčovej dierky a sila je rovnomerná. Relatívna miera výskytu pórov, prasklín a rozstrekov je nižšia.
3. Sallerova tepelne ovplyvnená zóna: nepretržité pôsobenie lasera na materiál nepretržite prenáša teplo do materiálu, vďaka čomu je tenký materiál vysoko náchylný na tepelnú deformáciu a defekty, ako sú praskliny spôsobené vnútorným napätím. QCW prerušovane pôsobí na materiál, dáva mu čas ochladzovania, čím sa zmenšuje v tepelne ovplyvnenej zóne a tepelnom príkone, čím je vhodnejší na spracovanie tenkých materiálov; A materiály v blízkosti tepelných senzorov môžu byť spracované iba pomocou QCW lasera.
4. Vysoký špičkový výkon: S rovnakým priemerným výkonom kontinuálnych a QCW laserov môže QCW dosiahnuť vyšší špičkový výkon, vyššiu hustotu energie, väčšiu hĺbku topenia a silnejšiu penetráciu. QCW má viac výhod pri zváraní plechu zo zliatiny medi a zliatiny hliníka. Hustota energie kontinuálneho lasera s rovnakým priemerným výkonom je nižšia ako QCW, čo môže spôsobiť, že laser nevytvorí stopy po zváraní na povrchu materiálu a všetky sa odrazia. Ak je laser príliš vysoký, rýchlosť absorpcie lasera sa po dosiahnutí roztavenia materiálu prudko zvýši a príkon tepla sa náhle zvýši, čo má za následok nekontrolovateľnú hĺbku tavenia a prívod tepla. Nemožno ho použiť pri zváraní tenkých plechov a môže sa vyskytnúť jav, že sa nevytvoria stopy po zváraní alebo prepálenie, čo nemôže spĺňať požiadavky procesu.
Výhody CW laserového zvárania
1. Z metalografického hľadiska: ako je znázornené na obrázku vľavo, pulzné zváranie QCW patrí k metalografickému spájaniu a horná hranica frekvencie je väčšinou okolo 500 Hz. Rýchlosť prekrývania je nízka, efektívna hĺbka topenia je plytká, rýchlosť prekrývania je vysoká, rýchlosť sa nedá zlepšiť a účinnosť je nízka; Kontinuálny laser môže realizovať efektívne a kontinuálne zváranie prostredníctvom výberu laserov s rôznymi priemermi jadra a zvarových spojov a kontinuálny laser je v niektorých prípadoch stabilnejší s vysokými požiadavkami na tesnenie;
2. Z hľadiska stupňa tepelného vplyvu: pri zváraní pulzným laserovým lúčom QCW existuje problém s rýchlosťou prekrývania a zvarový šev sa opakovane zahrieva. Pretože metalografická fáza kovu a základného kovu bude po jednorazovom zváraní odlišná a veľkosť dislokácie je iná, rýchlosť ochladzovania môže byť po pretavení nekonzistentná, čo môže ľahko spôsobiť praskliny, ale tento jav neexistuje v nepretržitom režime. laserové zváranie;
3. Z pohľadu náročnosti ladenia: QCW pulzný laser vyžaduje ladiacu frekvenciu opakovania pulzov, špičkový výkon, šírku pulzu, pracovný cyklus, energiu pulzu, priemerný výkon, špičkovú hustotu výkonu, hustotu energie, množstvo rozostrenia atď.; Kontinuálny laser sa musí zamerať iba na priebeh, rýchlosť, výkon a rozostrenie, čo je relatívne jednoduché.
Zhrnutie QCW lasera: Dve hlavné výhody: špičkový výkon, nízky tepelný príkon a malá deformácia obrobku.
Pretože trvanie impulzu je krátke (zvyčajne niekoľko milisekúnd), teplo vstupujúce do dielu je minimalizované, preto sa odporúča použiť pulzné laserové zváranie okolo tepelného snímača a extrémne tenkých materiálov stien. Súčasne, kvôli veľkému množstvu energie prenášanej na začiatku impulzu, je pulzné laserové zváranie často vhodné pre reflexný kov. Zvyčajne označovaný ako "vylepšený impulz", špička výkonu na začiatku cyklu impulzov trvá len malú časť celkového trvania impulzu. Jeho výkon je však dostatočný na to, aby prerazil odrazivosť materiálu pri zachovaní nižšieho priemerného výkonu, čím sa zníži teplo. CW lasery musia poskytnúť veľké množstvo energie na spojenie vysoko reflexných kovov a generované teplo môže ľahko poškodiť časti alebo komponenty v nich. CW laserové zváranie kontinuálnou vlnou je väčšinou vysokovýkonný laser s výkonom nad 500 wattov. Všeobecne povedané, tento typ lasera by sa mal používať pre platne s hrúbkou 1 mm alebo viac. Zvárací mechanizmus je zváranie s hlbokým prienikom založené na efekte kľúčovej dierky, s veľkým pomerom strán nad 8:1, ale relatívne vysokým tepelným príkonom.
Nakoniec, vzhľadom na pokrok v laserovej technológii, existuje aj technológia kontinuálnej laserovej modulácie na dosiahnutie pulzného zvárania kontinuálnych laserov, ako aj vysokofrekvenčného pulzného zvárania QCW laserov.
Celkovo majú CW lasery aj QCW lasery svoje výhody a nevýhody v závislosti od konkrétnej aplikácie. CW lasery sú vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú nepretržitý lúč svetla, zatiaľ čo QCW lasery sú vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú krátke impulzy s vysokou energiou. Preto je dôležité vybrať si správny typ lasera pre vašu konkrétnu aplikáciu, aby ste dosiahli čo najlepšie výsledky.