Laser CW dan laser QCW dalam Kimpalan

Ciri Pembahagian Tenaga

Atribut ketara bagi laser CW ialah taburan tenaga Gaussian mereka, di mana taburan tenaga keratan rentas sinar laser berkurangan dari pusat ke luar dalam corak Gaussian (taburan normal). Ciri pengedaran ini membolehkan laser CW mencapai ketepatan pemfokusan yang sangat tinggi dan kecekapan pemprosesan, terutamanya dalam aplikasi yang memerlukan penggunaan tenaga tertumpu.

Rajah Taburan Tenaga Laser CW

Kelebihan Kimpalan Laser Gelombang Berterusan (CW).

Perspektif Mikrostruktur

Memeriksa struktur mikro logam mendedahkan kelebihan berbeza kimpalan laser Gelombang Berterusan (CW) berbanding kimpalan nadi Quasi-Continuous Wave (QCW). Kimpalan nadi QCW, dikekang oleh had frekuensinya, biasanya sekitar 500Hz, menghadapi pertukaran antara kadar pertindihan dan kedalaman penembusan. Kadar pertindihan yang rendah mengakibatkan kedalaman yang tidak mencukupi, manakala kadar pertindihan yang tinggi menyekat kelajuan kimpalan, mengurangkan kecekapan. Sebaliknya, kimpalan laser CW, melalui pemilihan diameter teras laser yang sesuai dan kepala kimpalan, mencapai kimpalan yang cekap dan berterusan. Kaedah ini terbukti sangat boleh dipercayai dalam aplikasi yang memerlukan integriti pengedap yang tinggi.

Pertimbangan Kesan Terma

Dari sudut pandangan kesan haba, kimpalan laser nadi QCW mengalami masalah pertindihan, yang membawa kepada pemanasan berulang jahitan kimpalan. Ini boleh menimbulkan ketidakkonsistenan antara struktur mikro logam dan bahan induk, termasuk variasi dalam saiz kehelan dan kadar penyejukan, sekali gus meningkatkan risiko keretakan. Kimpalan laser CW, sebaliknya, mengelakkan masalah ini dengan menyediakan proses pemanasan yang lebih seragam dan berterusan.

Kemudahan Pelarasan

Dari segi operasi dan pelarasan, kimpalan laser QCW memerlukan penalaan teliti beberapa parameter, termasuk kekerapan ulangan nadi, kuasa puncak, lebar nadi, kitaran tugas dan banyak lagi. Kimpalan laser CW memudahkan proses pelarasan, memfokuskan terutamanya pada bentuk gelombang, kelajuan, kuasa, dan jumlah nyahfokus, dengan ketara mengurangkan kesukaran operasi.

Kemajuan Teknologi dalam Kimpalan Laser CW

Walaupun kimpalan laser QCW terkenal dengan kuasa puncak yang tinggi dan input haba yang rendah, bermanfaat untuk mengimpal komponen sensitif haba dan bahan berdinding sangat nipis, kemajuan dalam teknologi kimpalan laser CW, terutamanya untuk aplikasi berkuasa tinggi (biasanya melebihi 500 watt) dan kimpalan penembusan dalam berdasarkan kesan lubang kunci, telah meluaskan julat dan kecekapan penggunaannya dengan ketara. Laser jenis ini amat sesuai untuk bahan yang lebih tebal daripada 1mm, mencapai nisbah aspek yang tinggi (lebih 8:1) walaupun input haba yang agak tinggi.

Kimpalan Laser Quasi-Continuous Wave (QCW).

Pengagihan Tenaga Berfokus

QCW, singkatan untuk "Gelombang Kuasi-Berterusan," mewakili teknologi laser di mana laser memancarkan cahaya dalam cara yang tidak berterusan, seperti yang digambarkan dalam rajah a. Tidak seperti pengagihan tenaga seragam laser berterusan mod tunggal, laser QCW menumpukan tenaga mereka dengan lebih padat. Ciri ini memberikan laser QCW ketumpatan tenaga yang unggul, diterjemahkan kepada keupayaan penembusan yang lebih kuat. Kesan metalurgi yang terhasil adalah serupa dengan bentuk "paku" dengan nisbah kedalaman-ke-lebar yang ketara, membolehkan laser QCW cemerlang dalam aplikasi yang melibatkan aloi pantulan tinggi, bahan sensitif haba dan kimpalan mikro ketepatan.

Kestabilan yang Dipertingkatkan dan Gangguan Plum yang Dikurangkan

Salah satu kelebihan yang ketara bagi kimpalan laser QCW ialah keupayaannya untuk mengurangkan kesan kepulan logam pada kadar penyerapan bahan, yang membawa kepada proses yang lebih stabil. Semasa interaksi bahan laser, penyejatan sengit boleh menghasilkan campuran wap logam dan plasma di atas kolam cair, yang biasanya dirujuk sebagai kepulan logam. Bulu ini boleh melindungi permukaan bahan daripada laser, menyebabkan penghantaran kuasa tidak stabil dan kecacatan seperti percikan, titik letupan dan lubang. Walau bagaimanapun, pelepasan laser QCW yang terputus-putus (cth, letusan 5ms diikuti dengan jeda 10ms) memastikan bahawa setiap nadi laser mencapai permukaan bahan tanpa terjejas oleh kepulan logam, menghasilkan proses kimpalan yang stabil, terutamanya berfaedah untuk kimpalan kepingan nipis.

Dinamik Kolam Lebur Stabil

Dinamik kolam lebur, terutamanya dari segi daya yang bertindak pada lubang kunci, adalah penting dalam menentukan kualiti kimpalan. Laser berterusan, disebabkan pendedahan berpanjangan dan zon terjejas haba yang lebih besar, cenderung untuk mencipta kolam cair yang lebih besar yang dipenuhi dengan logam cecair. Ini boleh menyebabkan kecacatan yang berkaitan dengan kolam cair yang besar, seperti keruntuhan lubang kunci. Sebaliknya, tenaga tertumpu dan masa interaksi yang lebih singkat bagi kimpalan laser QCW menumpukan kolam cair di sekeliling lubang kunci, menghasilkan pengagihan daya yang lebih seragam dan insiden keliangan, keretakan dan percikan yang lebih rendah.