Pidevlaine (CW) laserid ja kvaasipidevlaine (QCW) laserid on kahte tüüpi laserid, mida tavaliselt kasutatakse erinevates rakendustes. CW laserid kiirgavad pidevat valgusvihku, QCW laserid aga lühikesi impulsse. Siin on mõned erinevused nende kahe laseritüübi vahel:
Erinevused CW ja QCW vahel
CW laser: CW on "pidevlaine" lühend, mis tähendab pidevlaine laserit. See saavutab laseri väljundi pideva ergastusenergia abil, mis tähendab, et laser jääb sisselülitatuks, kuni see peatub. CW laseritel on tavaliselt madalam tippvõimsus ja suurem keskmine võimsus.
Nagu on näidatud joonisel 1, viitab pidev laser laserile, mis suudab pidevalt ja pidevalt kiirgada valgust, mida ühiselt nimetatakse pidevaks laseriks. Üldjuhul on tavaline metalli lõikamine ja vase alumiiniumi keevitamine pidevad laserid, mida kasutatakse kõige laialdasemalt. Laserprotsessi pideva silumise peamised parameetrid on järgmised: võimsuse lainekuju, defokuseerimise kogus, südamiku läbimõõdu koht ja kiirus;
Nagu on näidatud joonisel 2, näitab ühemoodilise pidevlaseri Gaussi energiajaotuse skemaatiline diagramm laserkiire ristlõike energiajaotust. Keskmine energia on kõrgeim ja perifeeria omakorda väheneb, näidates Gaussi jaotust (normaaljaotus).
QCW on "kvaasi pidevlaine" lühend, mis tähendab peaaegu pidevlaine laserit. Nagu on näidatud impulsslaseri joonisel a, on laser tavaliselt katkendliku valguse emissiooni protsess; Joonisel b on näidatud laseri energiajaotus. Võrreldes ühemoodiliste pidevate laseritega on QCW energiajaotus kontsentreeritum, mis tähendab, et QCW-l on suurem energiatihedus (tugevam läbitungimisvõime) kui pidevatel laseritel. See kajastub metallograafilises aspektis, mis tähendab, et QCW-l on suurem läbitungimisvõime. Valmistatud metallograafiline aspekt sarnaneb naelaga, suurema kuvasuhtega. QCW laseri tippvõimsus ja kõrge energiatihedus muudavad selle sobilikuks suure takistusega sulamitele, termiliselt tundlikele materjalidele Mikroühenduvusel on tohutud eelised; Joonisel c on kujutatud erinevate sagedustega impulsslaseri keevitusskeem. On näha, et impulsskeevitus on suhteliselt stabiilne ja pritsmeteta peaaegu puudub [1].
QCW laserid kasutavad peamiselt tehnoloogiat nimega Q-switching, mis on tõhus meetod suure energiatarbega lühikeste impulsside saamiseks. See surub üldise väljundkiirguse pideva laseri kiirgamiseks kokku äärmiselt kitsasteks impulssideks, suurendades seeläbi valgusallika tippvõimsust mitme suurusjärgu võrra. Q-lülituse ajal, enne kui võimenduskeskkond piisavalt energiat salvestab, säilitab kogu laserresonaator suure õõnsuse kadu. Sel ajal ei saa laser laservõnkumist tekitada, kuna lävi on liiga kõrge, nii et ülemise taseme osakeste arvu saab koguda suurtes kogustes. Kui akumulatsioon jõuab küllastusväärtuseni, väheneb õõnsuse kadu kiiresti väga väikeseks, nii et suurem osa kõrgema taseme osakeste salvestatud energiast muundatakse lühikese aja jooksul laserenergiaks. Looge väljundotsas tugev laserimpulss. .
Näiteks võib ümmarguse trumliga sarnase õhupalli düüsist vabastada ning aeglaselt ja pidevalt tühjendada, mida nimetatakse pidevaks laseriks. Q väärtuse reguleerimine tähendab õhupalli survestamist ja selle viivitamatut täispuhumist, mis on ligikaudu nii pideva ja QCW puhul.
Joonis 4 a CW lasertihendusnaela välimus, sirge keevisõmbluse välimus, pikilõike metallograafiline uuring; QCW lasertihendusküünte välimus, sirge keevisõmbluse välimus, pikilõike metallograafia;
Pidev laserkeevitusefekt vs QCW kvaasipideva laserkeevitusefekt:
1. QCW välimus sarnaneb impulsspunktkeevitusega, kalaskaala mustritega, samas kui pideval laseril on sujuv ja pidev kõver;
2. Energiasisend: pidev lasersisend, katkendlik impulsssisend, peegeldub metallograafial, pidev laserkeevitus pikisuunaline metallograafiline pidev, ainult väikesed kõikumised, impulsslaser näeb selgelt laserpuurimist nagu ühepunktiline lasermetallograafia splaissimine, iga laser vastav metallograafia on selgelt nähtav ; Seetõttu on pidev keevitamine keevisliidete tugevuselt tugevam kui QCW laserkeevitus.
Joon. CW laserkeevituse skemaatiline diagramm; Joonis b QCW laserkeevituse skemaatiline diagramm
QCW laserkeevituse eelised
1. Vältige udude mõju materjali neeldumisele, muutes protsessi stabiilsemaks: laseri ja materjali interaktsiooni ajal aurustub materjal tugevasti, moodustades sulabasseini kohal metalliauru, plasma ja muude gaaside segu. tuntud kui metallplummid. Need metallsambad varjavad laserit materjali pinnale jõudmise eest, mille tulemusena jõuab materjali pinnale ebastabiilne laservõimsus, mille tulemuseks on defektid, nagu pritsmed, plahvatuskohad ja augud; QCW impulsskeevitust iseloomustab aga katkendlik valguse väljund (5 ms valguse väljund, 10 ms vahelduv valgusvoog ja seejärel järgmine valgusväljund), mis tagab, et iga laseri löök materjali pinnale ei ole mõjutatud metallist ploomidest, muutes selle keevitusega võrreldes stabiilsemaks ja omab eeliseid õhukese plaadi keevitamisel.
2. Stabiilne sulamisbassein: sulamisbasseini võtmeaugule avaldatav pinge, pidev laseri toime kestus, suur soojusjuhtivusala, suur sulamisbasseini ala ja vedela metalli rohkus muudavad pideva keevitussulamisbasseini palju suuremaks. kui QCW lasersulatusbassein. Defektid, nagu poorid, praod ja pritsmed, on tihedalt seotud sulabasseiniga: kui sulabassein on suur, väheneb sulabasseini pindpinevus temperatuuri tõustes ja suur sulamisbassein on võtmeaugu kokkuvarisemisele vastuvõtlikum, nagu on näidatud joonisel. in a3; QCW laserkeevituse kontsentreerituma energia ja lühikese toimeaja tõttu on sulabassein peamiselt võtmeaugu ümber ja jõud on ühtlane. Pooride, pragude ja pritsmete suhteline esinemissagedus on väiksem.
3. Salleri kuumusest mõjutatud tsoon: pidev laseri toime materjalile kannab materjalile pidevalt üle soojust, muutes õhukese materjali väga vastuvõtlikuks termilisele deformatsioonile ja defektidele, nagu sisepingest põhjustatud praod. QCW mõjub materjalile perioodiliselt, andes sellele jahtumisaega, muutes selle kuumuse mõjutsoonis ja soojussisendis väiksemaks, muutes selle sobivamaks õhukeste materjalide töötlemiseks; Ja soojusanduritele lähedasi materjale saab töödelda ainult QCW laseriga.
4. Kõrge tippvõimsus: pideva ja QCW laserite sama keskmise võimsusega suudab QCW saavutada suurema tippvõimsuse, suurema energiatiheduse, suurema sulamissügavuse ja tugevama läbitungimise. QCW-l on rohkem eeliseid vasesulami ja alumiiniumisulami lehtede keevitamisel. Sama keskmise võimsusega pidevlaseri energiatihedus on madalam kui QCW, mis võib põhjustada selle, et laser ei tekita materjali pinnale keevitusjälgi ja kõik need peegelduvad maha. Kui laser on liiga kõrge, suureneb laseri neeldumiskiirus järsult pärast materjali sulamise saavutamist ja soojuse sisend järsult suureneb, mille tulemuseks on kontrollimatu sulamissügavus ja soojuse sisend. Seda ei saa kasutada õhukeste plaatide keevitamisel ja võib esineda keevitusjälgede tekitamata jätmise või läbipõlemise nähtusi, mis ei vasta protsessi nõuetele.
CW laserkeevituse eelised
1. Metallograafilisest vaatenurgast: nagu näidatud vasakpoolsel joonisel, kuulub QCW-impulsskeevitus metallograafilise splaissimise alla ja ülemine sageduspiir on enamasti umbes 500 Hz. Kattumiskiirus on madal, efektiivne sulamissügavus on madal, kattumise määr on kõrge, kiirust ei saa parandada ja efektiivsus on madal; Pidev laser suudab teostada tõhusat ja pidevat keevitamist, valides erineva südamiku läbimõõduga ja keevisliidetega laserid ning pidev laser on mõnel juhul stabiilsem, kui tihendusnõuded on kõrged;
2. Kuumuse mõju astme vaatenurgast: QCW-impulss-laserkeevitusel on kattumise kiiruse probleem ja keevisõmblust kuumutatakse korduvalt. Kuna metalli ja mitteväärismetalli metallograafiline faas on pärast ühekordset keevitamist erinev ja dislokatsiooni suurus on erinev, võib jahutuskiirus pärast ümbersulatamist olla ebaühtlane, mis võib kergesti tekitada pragusid, kuid pideval kasutamisel seda nähtust ei esine. laserkeevitus;
3. Silumisraskuste seisukohast: QCW-impulsslaser nõuab silumise impulsi kordussagedust, tippvõimsust, impulsi laiust, töötsüklit, impulsi energiat, keskmist võimsust, tippvõimsuse tihedust, energiatihedust, defokuseerimise kogust jne; Pidev laser peab keskenduma ainult lainekujule, kiirusele, võimsusele ja defookusele, mis on suhteliselt lihtne.
QCW laseri kokkuvõte: Kaks peamist eelist: tippvõimsus, madal soojussisend ja tooriku väike deformatsioon.
Kuna impulsi kestus on lühike (tavaliselt mitu millisekundit), on detaili sisenev soojus minimaalne, mistõttu on soovitatav kasutada termoanduri ja üliõhukeste seinamaterjalide ümber pulsslaserkeevitust. Samal ajal, kuna impulsi alguses edastatakse palju energiat, sobib impulsslaserkeevitus sageli peegeldava metalli jaoks. Tavaliselt nimetatakse seda "täiustatud impulsiks", impulsitsükli alguses esinev võimsuse hüpe kestab vaid väikese osa kogu impulsi kestusest. Kuid selle võimsus on piisav, et murda läbi materjali peegelduvuse, säilitades samal ajal madalama keskmise võimsuse, vähendades seeläbi soojust. CW laserid peavad andma suurel hulgal energiat väga peegeldavate metallide ühendamiseks ja tekkiv soojus võib kergesti kahjustada nende osi või komponente. CW pidevlaine laserkeevitus on enamasti suure võimsusega laser, mille võimsus on üle 500 vatti. Üldiselt tuleks seda tüüpi laserit kasutada plaatide puhul, mille paksus on 1 mm või rohkem. Keevitusmehhanism on võtmeauguefektil põhinev sügavkeevitus, mille suur kuvasuhe on üle 8:1, kuid suhteliselt kõrge soojussisendiga.
Lõpuks on lasertehnoloogia arengu tõttu olemas ka pidev lasermodulatsiooni tehnoloogia pidevate laserite impulsskeevituse saavutamiseks, samuti QCW laserite kõrgsageduslik impulsskeevitus.
Üldiselt on nii CW laseritel kui ka QCW laseritel oma eelised ja puudused, olenevalt konkreetsest rakendusest. CW laserid sobivad rakendustesse, mis nõuavad pidevat valguskiirt, samas kui QCW laserid sobivad rakendustele, mis nõuavad lühikesi suure energiaga impulsse. Seetõttu on parimate tulemuste saavutamiseks oluline valida oma konkreetse rakenduse jaoks õige laser.