Laser CW dan laser QCW dalam Kimpalan

Ciri-ciri Pengagihan Tenaga

Satu ciri penting laser CW ialah taburan tenaga Gaussiannya, di mana taburan tenaga keratan rentas pancaran laser berkurangan dari tengah ke luar dalam corak Gaussian (taburan normal). Ciri taburan ini membolehkan laser CW mencapai ketepatan pemfokusan dan kecekapan pemprosesan yang sangat tinggi, terutamanya dalam aplikasi yang memerlukan penggunaan tenaga tertumpu.

Gambarajah Pengagihan Tenaga Laser CW

Kelebihan Kimpalan Laser Gelombang Berterusan (CW)

Perspektif Mikrostruktur

Pemeriksaan mikrostruktur logam mendedahkan kelebihan kimpalan laser Gelombang Berterusan (CW) yang ketara berbanding kimpalan denyut Kuasi-Berterusan (QCW). Kimpalan denyut QCW, yang 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, sekali gus mengurangkan kecekapan. Sebaliknya, kimpalan laser CW, melalui pemilihan diameter teras laser dan kepala kimpalan yang sesuai, mencapai kimpalan yang cekap dan berterusan. Kaedah ini terbukti amat andal dalam aplikasi yang memerlukan integriti pengedap yang tinggi.

Pertimbangan Impak Terma

Dari sudut impak haba, kimpalan laser denyut QCW mengalami masalah pertindihan, yang membawa kepada pemanasan berulang pada jahitan kimpalan. Ini boleh menyebabkan ketidakkonsistenan antara mikrostruktur logam dan bahan induk, termasuk variasi dalam saiz kehelan dan kadar penyejukan, sekali gus meningkatkan risiko keretakan. Sebaliknya, kimpalan laser CW 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 frekuensi pengulangan denyut, kuasa puncak, lebar denyut, kitaran tugas dan banyak lagi. Kimpalan laser CW memudahkan proses pelarasan, dengan memberi tumpuan terutamanya pada bentuk gelombang, kelajuan, kuasa dan jumlah defokus, sekali gus mengurangkan kesukaran operasi dengan ketara.

Kemajuan Teknologi dalam Kimpalan Laser CW

Walaupun kimpalan laser QCW dikenali dengan kuasa puncaknya 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 mendalam berdasarkan kesan lubang kunci, telah meluaskan julat aplikasi dan kecekapannya dengan ketara. Laser jenis ini amat sesuai untuk bahan yang lebih tebal daripada 1mm, mencapai nisbah aspek yang tinggi (melebihi 8:1) walaupun input haba yang agak tinggi.

Kimpalan Laser Gelombang Kuasi-Berterusan (QCW)

Pengagihan Tenaga Terfokus

QCW, singkatan bagi "Gelombang Kuasi-Berterusan," mewakili teknologi laser di mana laser memancarkan cahaya secara tidak berterusan, seperti yang digambarkan dalam rajah a. Tidak seperti taburan tenaga seragam laser berterusan mod tunggal, laser QCW menumpukan tenaganya 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 Plume yang Dikurangkan

Salah satu kelebihan ketara kimpalan laser QCW ialah keupayaannya untuk mengurangkan kesan plume logam pada kadar penyerapan bahan, yang membawa kepada proses yang lebih stabil. Semasa interaksi laser-bahan, penyejatan yang kuat boleh menghasilkan campuran wap logam dan plasma di atas kolam leburan, yang biasanya dirujuk sebagai plume logam. Plume ini boleh melindungi permukaan bahan daripada laser, menyebabkan penghantaran kuasa yang tidak stabil dan kecacatan seperti percikan, titik letupan dan lubang. Walau bagaimanapun, pancaran laser QCW yang berselang-seli (contohnya, letupan 5ms diikuti dengan jeda 10ms) memastikan setiap denyutan laser sampai ke permukaan bahan tanpa terjejas oleh plume logam, menghasilkan proses kimpalan yang sangat stabil, terutamanya berfaedah untuk kimpalan kepingan nipis.

Dinamik Kolam Cairan Stabil

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