Непрерывная или импульсная лазерная сварка: как выбрать правильный режим

Покупатели лазерной сварки часто сталкиваются с одним и тем же вопросом на этапе спецификации:непрерывная волна (CW) или импульсная?Ответ не просто «импульсный для тонких, CW для толстых». Отражательная способность материала, теплочувствительность, геометрия шва, требуемая глубина и время цикла — все это подталкивает к принятию решения в разных направлениях. В этом руководстве рассматриваются физика, характеристики луча, результаты сварки и логика затрат, чтобы вы могли сопоставить режим лазера с заданием -, а не наоборот.

Лазеры можно классифицировать по длине волны, активной среде или режиму работы. Под длиной волны в отрасли обычно понимают инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые системы. В качестве активной среды можно выбрать CO₂-лазеры, волоконные лазеры, твердотельные лазеры на Nd³⁺:YAG, дисковые лазеры, диодные лазеры прямого действия (DDL) и лазеры на красителях. Для сварки наиболее важен режим работы - способ подачи луча -: непрерывная волна (CW), квази-непрерывная волна (QCW) или импульсная.

Если вы все еще сравниваете, какой лазерный источник подходит для вашего применения, наша статья осравнение плюсов и минусов разных типов лазеровдает подробный--обзор платформ CO₂, оптоволокна, Nd:YAG, дисков и DDL.

Внутри резонатора свет колеблется между зеркалами. Когда частота повторения этих пакетов остается ниже порогового значения, выходные данные подаются как отдельные импульсы. Как только частота пересекает этот порог, отдельные импульсы сливаются в непрерывный поток. Не существует универсальной границы частоты, которую использует каждый производитель, но практическая разница реальна: импульсные системы передают дискретные пакеты высокой-энергии, тогда как системы непрерывного действия обеспечивают стабильную тепловую мощность.

Для более широкого ознакомления с поведением источника тепла, типами соединений и режимами промышленной сварки начните сосновы технологии лазерной сварки.

Таблица 1. Практическая классификация режимов работы лазеров по частоте повторения. Граничные значения — это отраслевые-эталонные диапазоны, а не абсолютные пороговые значения.

Для более детального сравнения CW и QCW, в частности -, включая эффект сварки, преимущества и пригодность для применения -, прочтите руководство поСравнение режимов работы CW и QCW.

При резке металла непрерывные лазеры обычно характеризуются только мощностью. При импульсной лазерной сварке процесс определяют четыре параметра: пиковая мощность импульса, длительность импульса (ширина импульса), частота повторения (частота) и средняя мощность. Связь между ними такова:

Средняя мощность=пиковая мощность импульса × ширина импульса × частота повторения

Это уравнение является основным ограничением для любой импульсной сварки. Импульсная система Nd:YAG со средней мощностью 500 Вт-все же может обеспечивать пиковую импульсную мощность выше 12 кВт, поскольку энергия упаковывается в очень короткие, широко разделенные всплески. Именно высокое соотношение пиковой-к-средней мощности делает импульсную сварку эффективной при сварке отражающих металлов и термочувствительных узлов.

Волоконные лазеры непрерывного действия доминируют в высокоскоростной-сварке с глубоким-проваром. Они не достигают такой же пиковой мощности единичного-импульса, как Nd:YAG, но поддерживают стабильную тепловую нагрузку на заготовку при высоких скоростях перемещения. Системы DDL становятся все более конкурентоспособными в области непрерывной сварки: компактные, электрически эффективные и с почти -верхним-профилем интенсивности, который равномерно покрывает широкие швы.

Между двумя крайностями находится сварка волоконным лазером QCW. Системы QCW выдают короткие импульсы с частотой повторения класса кГц-, сочетая высокую пиковую мощность с контролируемым рабочим циклом. Обзор технологий мостов QCW для импульсной обработки и обработки CW см.Технология сварки волоконным лазером QCW обзор. Информацию о механике пиковой-мощности последовательности импульсов см.Структура импульса QCW и пиковая мощность.

Думайте об импульсной сварке как о сваебойном станке: каждый импульс оказывает сильное, локализованное воздействие, затем материал охлаждается до прихода следующего импульса. В результате образуется глубокая и узкая зона термического-влияния (ЗТВ) и минимальное боковое распространение тепла. Непрерывная сварка больше похожа на постоянный гвоздезабивной пистолет: меньшая энергия отдельных импульсов, но гораздо больше ударов в секунду, поэтому тепло непрерывно течет вдоль шва. Сварочная ванна остается открытой дольше, шов шире, а проплавление достигается за счет постоянного поступления энергии, а не отдельных импульсов.

Импульсные лазеры Nd:YAG являются классическим выбором, когда важен точный термоконтроль. Их высокая пиковая мощность позволяет преодолеть отражательную способность поверхностей с покрытием из алюминия, меди и золота-, а длительное время отключения-между импульсами ограничивает накопление тепла. Волоконные лазеры непрерывного действия, напротив, выигрывают по скорости и стабильности: превосходное качество луча, высокая эффективность-заглушек и длительные интервалы обслуживания. DDL добавляют еще одну возможность для приложений, которым требуется равномерный нагрев большой площади без затрат на систему с оптоволоконной или ламповой-накачкой.

Профиль луча часто упускают из виду, но он определяет, как энергия поступает в материал.

Волоконные лазеры непрерывного действия обычно производятГауссов пучок: плотность мощности максимальна в центре и экспоненциально падает к краям, образуя колокол-профиль TEM₀₀. Такая высокая концентрация создает очень высокую пиковую интенсивность в фокусе, что делает гауссовы лучи идеальными для сварки с высоким-соотношением-замочной скважины и тонкой резки. Узнайте, как эта сфокусированная энергия обеспечивает глубокие сварные швы, в нашем объяснениикак работает лазерная сварка с глубоким проплавлением.

Импульсный Nd:YAG и многие системы DDL обеспечиваютцилиндр-шляпа(плоский-верхний) луч: энергия распределяется по пятну почти равномерно, с острыми краями. Профили с верхним-шляпником обеспечивают равномерное распределение энергии по определенной площади, что полезно для обработки поверхности, теплопроводной сварки и соединений тонких-листов внахлест, где плоская, повторяемая зона сварки имеет большее значение, чем максимальная глубина.

Таким образом, ваш выбор профиля зависит от того, является ли приоритет глубиной, скоростью или однородностью.

При правильных параметрах шов волоконного лазера непрерывного действия получается гладким и однородным, что часто исключает необходимость последующей шлифовки или полировки. Бортик непрерывный, линии носка ровные, а подвод тепла предсказуем от начала до конца. Вот почему автомобильные силовые агрегаты, аккумуляторные шины и толстостенные трубопроводы предпочитают сварку волокнами CW.

Непрерывная сварка · Полупроводниковая лазерная сварка листов оцинкованной стали

Импульсная сварка Nd:YAG заметно отличается: каждый импульс издает короткий постукивающий звук, а затвердевший валик демонстрирует знакомый рисунок рыбьей-чешуи, характерный для прецизионной сварки TIG. В режиме точечной-сварки каждый импульс создает отдельный самородок, который идеально подходит для микроэлектроники, медицинских устройств и сборок датчиков, где соединение должно быть небольшим и термически изолированным от близлежащих компонентов.

Импульсная сварка · Лазерная сварка Nd:YAG листов нержавеющей стали

Импульсные наборы параметров более сложны, чем CW. Оператор должен сбалансировать ширину импульса, пиковую мощность, частоту, скорость перемещения и форму сигнала. Сварка CW, напротив, во многом зависит от мощности, скорости перемещения и положения фокуса луча. Если качество поверхности, пористость или разбрызгивание становятся проблемой, обратитесь кУстранение неисправностей лазерного сварочного аппаратаруководство по систематической диагностике.

Волоконные лазеры непрерывного действия отвоевали значительную долю рынка у систем CO₂ и Nd:YAG. Они более стабильны, более энергоэффективны,-быстры и их легче интегрировать с роботами и производственными линиями Индустрии 4.0. Типичные выигрыши включают в себя автомобильные трансмиссии, компоненты двигателей, аккумуляторные отсеки, шины и трубы из нержавеющей стали толстого- сечения.

Импульсные лазеры Nd:YAG сохраняют свою ценность там, где основное значение имеет низкое общее тепловложение: тепло-чувствительная электроника, микро-сварные медицинские инструменты, тонко-детали аэрокосмической промышленности и отражающие драгоценные металлы. Волоконные лазеры QCW также конкурируют здесь, предлагая высокую пиковую мощность с программируемым формированием импульса, но системы Nd:YAG по-прежнему предлагают более низкую начальную стоимость и более простое обслуживание во многих небольших-партиях и условиях-цехов.

Для мелкого-ремонта, создания прототипов или обеспечения гибкости-на местеосновы ручной лазерной сваркиУстановка может объединить оба режима, позволяя операторам переключаться между работой с тонкими листами CW-и импульсным точечным ремонтом без смены оборудования.

В будущем процессы формирования луча, многолучевые-лучевые и гибридные лазеры еще больше размоют границы. Вопрос больше не в том, «CW или импульсный?» но «какая комбинация источника, формы луча и управления импульсом решает задачу с наименьшими общими затратами?»

Используйте эту структуру, чтобы составить-составной список правильных режимов перед запросом ценового предложения:

Таблица 2. Матрица решений для импульсной и непрерывной лазерной сварки. Значения являются типичными характеристиками процесса, а не абсолютными гарантиями. Перед выпуском в производство рекомендуется выполнить выборочную-проверку сварных швов.

Итог:Выбирайте импульсный режим, если деталь не выдерживает нагревания, шов небольшой или материал обладает высокой отражающей способностью. Выбирайте CW, когда скорость, глубокое проникновение и низкая стоимость метра имеют большее значение, чем минимизация ЗТВ. Для промежуточных работ наиболее гибким вариантом может оказаться сварка оптоволокна QCW или двухрежимная система.

Если вам нужно готовое-решение, просмотрите наш ассортиментпромышленные лазерные сварочные аппаратыили изучить6-осевой волоконный лазерный сварочный аппарат QCWдля автоматизированных приложений контроля качества. Отправьте материалы и детали соединений наinfo@kingslaser.comдля образца-оценки сварного шва.