В чем разница между непрерывным лазером (CW) и квазинепрерывным лазером (QCW)?

Лазеры непрерывного действия (CW) и лазеры квази-непрерывного действия (QCW) — это два типа лазеров, которые обычно используются в различных приложениях. Лазеры CW излучают непрерывный луч света, а лазеры QCW излучают серию коротких импульсов. Вот некоторые различия между этими двумя типами лазеров:

Гауссово распределение энергии одномодового-лазера непрерывного действия

Лазер непрерывного действия: CW — это аббревиатура от «непрерывная волна», что означает лазер непрерывной волны. Он обеспечивает выходную мощность лазера за счет непрерывной энергии возбуждения, что означает, что лазер остается включенным до тех пор, пока не остановится. Лазеры непрерывного действия обычно имеют более низкую пиковую мощность и более высокую среднюю мощность.

Как показано на рисунке 1, термин «непрерывный лазер» относится к лазеру, который может непрерывно и непрерывно излучать свет, под общим названием «непрерывный лазер». Как правило, обычная резка металла и сварка меди и алюминия выполняются лазерами непрерывного действия, которые наиболее широко используются. К основным параметрам непрерывной отладки лазерного процесса относятся: форма сигнала мощности, величина дефокусировки, диаметр пятна сердцевины и скорость;

Как показано на рисунке 2, принципиальная диаграмма гауссова распределения энергии одномодового непрерывного лазера показывает распределение энергии поперечного сечения лазерного луча. Средняя энергия является самой высокой, а периферия, в свою очередь, уменьшается, демонстрируя распределение Гаусса (нормальное распределение).

Сравнение энергии лазерного импульса QCW и импульсной сварки

QCW — это аббревиатура от «квазинепрерывной волны», что означает квазинепрерывный лазер. Как показано на рисунке А импульсного лазера, лазер обычно представляет собой процесс прерывистого излучения света; На рис. б показано распределение энергии лазера. По сравнению с одномодовыми лазерами непрерывного действия распределение энергии QCW более концентрированное, а это означает, что QCW имеет более высокую плотность энергии (более высокую проникающую способность), чем непрерывные лазеры.

Это отражается на металлографическом аспекте, а это означает, что QCW имеет большую проникающую способность. Металлографический аспект аналогичен гвоздю с более высоким соотношением сторон. Пиковая мощность лазера и высокая плотность энергии QCW делают его пригодным для обработки сплавов с высоким сопротивлением и термочувствительных материалов. Микросвязность дает огромные преимущества; На рисунке c показана принципиальная схема сварки импульсным лазером на разных частотах. Видно, что импульсная сварка является относительно стабильной, практически без брызг.

В лазерах QCW в основном используется технология, называемая Q-переключением, которая является эффективным методом получения коротких импульсов высокой-энергии. Он сжимает общую мощность непрерывного лазера в чрезвычайно узкие импульсы излучения, тем самым увеличивая пиковую мощность источника света на несколько порядков. Во время переключения добротности, прежде чем усиливающая среда накопит достаточно энергии, весь резонатор лазера сохраняет высокие потери в резонаторе.

Чтобы познакомиться с еще более короткими импульсными режимами, помимо Q-переключения, изучитесверхбыстрая лазерная технология для точной обработки.

В это время лазер не может производить лазерные колебания, поскольку порог слишком высок, поэтому количество частиц верхнего уровня может накапливаться в больших количествах. Когда накопление достигает значения насыщения, потери в резонаторе быстро уменьшаются до очень малого значения, поэтому большая часть энергии, запасенной частицами верхнего уровня, за короткое время преобразуется в энергию лазера. На выходе генерируется сильный лазерный импульс.

Например, воздушный шар, похожий на круглый барабан, можно выпустить из сопла и медленно и непрерывно сдувать, что называется непрерывным лазером. Регулировка значения Q заключается в создании давления в баллоне и его мгновенном надувании, что примерно происходит при непрерывном режиме и режиме QCW.

Рис. 4 а. Внешний вид гвоздя, запечатываемого лазером CW, внешний вид прямого сварного шва, металлографическое исследование продольного сечения; внешний вид гвоздя с лазерной герметизацией QCW, внешний вид прямого сварного шва, металлография в продольном разрезе;

Чтобы глубже понять, как сжатие импульсов и высокая плотность энергии влияют на реальную микро-обработку, вы можете прочитать наше подробное руководство пооптимизация микросварки волоконным лазером-и выбор правильного источника. Чтобы получить фундаментальное представление об этой технологии, изучите наше полное объяснениеКвази-лазерная технология непрерывного действия QCW.

1. Внешний вид QCW аналогичен импульсной точечной сварке с рисунком рыбьей чешуи, тогда как непрерывный лазер имеет плавную и непрерывную кривую;

2. Входная энергия: непрерывный входной лазер, прерывистый импульсный вход, отраженный на металлографии, непрерывная лазерная сварка, продольная металлографическая непрерывная, только небольшие колебания, импульсный лазер может четко видеть лазерное сверление, как одноточечное лазерное металлографическое сращивание, каждый лазер, соответствующий металлографическому, четко виден; Таким образом, непрерывная сварка превосходит лазерную сварку QCW по прочности сварного соединения.

Подробное сравнение принципов непрерывной (CW) и квази-непрерывной (QCW) лазерной сварки

1. Предотвращение влияния шлейфов на поглощение материала, что делает процесс более стабильным: во время взаимодействия лазера и материала материал подвергается сильному испарению, образуя над расплавленной ванной смесь паров металла, плазмы и других газов, известную под общим названием «металлические шлейфы». Эти металлические шлейфы защищают лазер от достижения поверхности материала, что приводит к нестабильной мощности лазера, достигающей поверхности материала, что приводит к таким дефектам, как брызги, точки взрыва и ямки; Однако импульсная сварка QCW характеризуется прерывистой светоотдачей (5 мс светоотдачи, 10 мс прерывистой светоотдачи, а затем следующей светоотдачей), что гарантирует, что каждый лазерный удар по поверхности материала не подвергается воздействию металлических шлейфов, что делает ее более стабильной по сравнению со сваркой и имеет преимущества при сварке тонких листов.

2. Стабильная ванная расплава. Нагрузка на замочную скважину ванны расплава, длительная продолжительность непрерывного воздействия лазера, большая площадь теплопроводности, большая площадь ванны расплава и обилие жидкого металла делают ванну расплава непрерывной сварки намного больше, чем ванну расплава лазера QCW. Дефекты, такие как поры, трещины и брызги, тесно связаны с ванной расплава: если ванная расплавленного металла большая, поверхностное натяжение ванны расплавленного металла уменьшается с повышением температуры, а большая сварочная ванны более склонна к разрушению замочной скважины, как показано на рисунке a3; Из-за более концентрированной энергии и короткого времени действия лазерной сварки QCW ванна расплава в основном существует вокруг замочной скважины, а сила является равномерной. Относительная частота появления пор, трещин и брызг ниже.

3. Зона термического воздействия Саллера: непрерывное воздействие лазера на материал непрерывно передает тепло материалу, что делает тонкий материал очень восприимчивым к термической деформации и дефектам, таким как трещины, вызванные внутренним напряжением. QCW прерывисто воздействует на материал, давая ему время на охлаждение, уменьшая зону термического влияния и тепловложение, делая его более пригодным для обработки тонких материалов; А материалы, близкие к термосенсорам, можно обрабатывать только с помощью QCW-лазера.

4. Высокая пиковая мощность. При одинаковой средней мощности лазеров непрерывного действия и лазеров QCW QCW может достичь более высокой пиковой мощности, более высокой плотности энергии, большей глубины плавления и более сильного проникновения. QCW имеет больше преимуществ при сварке листов из медных и алюминиевых сплавов. Плотность энергии непрерывного лазера с той же средней мощностью ниже, чем у QCW, что может привести к тому, что лазер не сможет оставлять следы сварки на поверхности материала и все они будут отражаться. Если мощность лазера слишком высока, скорость лазерного поглощения резко увеличится после достижения плавления материала, и подвод тепла внезапно увеличится, что приведет к неконтролируемой глубине плавления и подводу тепла. Его нельзя использовать при сварке тонких листов, и могут возникнуть явления либо отсутствия следов сварки, либо прожога, что не соответствует технологическим требованиям.

Детальное сравнение механизмов замочной скважины для лазерной сварки CW и QCW

Благодаря этим характеристикам отсутствия-разбрызгивания и высокой-стабильности квази-непрерывные волны произвели революцию в точном производстве. Узнайте больше о конкретных технологиях, лежащих в основе этих систем, в нашей статье:Что такое волоконный лазерный сварочный аппарат QCW?

Поскольку длительность импульса невелика (обычно несколько миллисекунд), тепло, попадающее в деталь, сведено к минимуму, поэтому рекомендуется использовать импульсную лазерную сварку вокруг термодатчика и материалов с очень тонкими стенками. В то же время из-за большого количества энергии, передаваемой в начале импульса, импульсная лазерная сварка часто подходит для отражающего металла. Обычно называемый «усиленным импульсом», всплеск мощности в начале импульсного цикла длится лишь небольшую часть общей длительности импульса. Однако его мощности достаточно, чтобы преодолеть отражательную способность материала, сохраняя при этом более низкую среднюю мощность, тем самым уменьшая выделение тепла. Лазеры непрерывного действия должны обеспечивать большое количество энергии для соединения металлов с высокой отражающей способностью, а выделяемое тепло может легко повредить детали или компоненты внутри них. Непрерывная лазерная сварка непрерывной волной обычно представляет собой-мощный лазер мощностью более 500 Вт. Вообще говоря, этот тип лазера следует использовать для пластин толщиной 1 мм и более. Сварочный механизм представляет собой сварку с глубоким проплавлением, основанную на эффекте замочной скважины, с большим соотношением сторон более 8:1, но с относительно высоким подводом тепла.

Наконец, благодаря развитию лазерных технологий, существуют также технологии непрерывной лазерной модуляции для обеспечения импульсной сварки непрерывными лазерами, а также высокочастотной импульсной сварки QCW-лазеров.

В целом, как лазеры непрерывного действия, так и лазеры QCW имеют свои преимущества и недостатки в зависимости от конкретного применения. Лазеры CW подходят для применений, требующих непрерывного луча света, а лазеры QCW подходят для применений, требующих коротких импульсов высокой энергии. Поэтому важно выбрать правильный тип лазера для вашего конкретного применения, чтобы достичь наилучших результатов.

Чтобы сравнить больше лазерных источников, прочитайте наше руководство попреимущества и недостатки различных лазеровперед выбором системы.

Независимо от того, требуется ли для вашего приложения высокая пиковая мощность лазера QCW для деликатных микро-компонентов или непрерывная выходная мощность стандартного лазера CW для резки толстых металлов, выбор правильной промышленной системы имеет решающее значение. Узнайте о нашей высокой-эффективностиВолоконный лазерный сварочный аппараткатегории, чтобы найти идеальную индивидуальную конфигурацию для модернизации вашего производства.

Выбор между CW, QCW и другими импульсными лазерными источниками сводится к трем вопросам, касающимся вашего производственного процесса: какой материал вы обрабатываете, насколько он толще и каков ваш приоритет между скоростью и качеством?

Толщина материала и термочувствительность.Лазеры непрерывного действия обеспечивают стабильную высокую среднюю мощность, что делает их естественным выбором для металлических пластин толщиной 1 мм и толще. Для тонких листов толщиной менее 1 мм или для компонентов, расположенных рядом с термочувствительными-элементами, такими как аккумуляторные элементы, датчики и электронные блоки, прерывистая мощность QCW-лазера обеспечивает низкое тепловложение и предотвращает искажения. Та же логика применима и к выбору между непрерывным и импульсным режимами в целом: длинные импульсы подходят для толстых и щадящих материалов, тогда как короткие импульсы с высокими-пиками защищают тонкие или деликатные материалы.

Отражательная способность заготовки.Металлы с высокой отражающей способностью, такие как медь, алюминий и золото, отражают большую часть падающего луча. Непрерывный лазер должен выдавать достаточную мощность, чтобы преодолеть эту отражательную способность, что может легко перегреть деталь. Лазер QCW концентрирует свою энергию в коротких импульсах с очень высокой пиковой мощностью, более надежно связываясь с отражающими поверхностями, сохраняя при этом среднюю мощность на низком уровне. Вот почему источники QCW широко используются для сварки листов меди и алюминиевых сплавов.

Пропускная способность против точности.Если на вашей линии круглосуточно выполняется-резка толстых листов или-сварка с глубоким проплавлением, высокая средняя мощность непрерывного лазера максимизирует производительность. Если ваш процесс требует точного управления, минимального разбрызгивания и небольшой зоны воздействия тепла, источник QCW или импульсный источник обеспечит точность при умеренной скорости. Не существует универсального «лучшего» лазера - правильный источник — это тот, который соответствует материалу, геометрии соединения или резки и целевому качеству вашего конкретного применения. В случае сомнений отправьте образцы поставщику лазерного оборудования для пробного запуска, прежде чем переходить к настройке конфигурации машины.

Решение о выборе CW-по сравнению с-QCW выглядит по-разному для каждого основного применения лазера, и эти две технологии редко являются взаимозаменяемыми за пределами сварки.

Резка.Лазеры непрерывного действия доминируют в промышленной резке. Их стабильная производительность обеспечивает плавные пропилы на высокой скорости, а для листов толщиной более 2–3 мм механизм «замочной скважины» глубокого-проникновения по сути является режимом непрерывной сварки. Лазеры QCW не используются для объемной резки листов, но они находят свою нишу в микро-резке тонкой фольги, где тепло должно оставаться локализованным.

Сварка.Это область применения, в которой CW и QCW действительно конкурируют, как описано в разделах выше: CW для сварки с глубоким-проваром и толстых-листов, QCW для тонких листов, термо-чувствительных узлов и отражающих соединений меди-алюминия.

Маркировка.Импульсные лазеры -, включающие QCW на коротком-конце импульса -, доминируют в лазерной маркировке, поскольку мгновенная пиковая мощность испаряет материал, а низкая средняя мощность сохраняет поверхность прохладной. Источники непрерывного излучения не используются для точной маркировки.

Уборка.Оба режима предназначены для лазерной очистки: лазеры непрерывного действия быстро удаляют краску, ржавчину и покрытия на больших площадях, а импульсные лазеры очищают деликатные поверхности с точным контролем. Крупномасштабное-удаление промышленного покрытия и удаление ржавчины обычно предпочитают непрерывный режим, поэтому лазерные очистители непрерывного действия являются стандартной категорией на производственных линиях. Для покупателей, оценивающих чистящие средства,машина для очистки лазером непрерывной волны — идеальный вариант-для высокопроизводительной-подготовки поверхности.

Сверление и микро-обработка.Лазеры QCW превосходно подходят для сверления и микро-соединения, поскольку их пиковая мощность создает глубокие, узкие отверстия с высоким соотношением сторон, похожие на металлографические профили в форме гвоздей,-описанные ранее.

Вывод: сначала сопоставьте свое приложение с этой матрицей, а затем выберите источник. Большинство производственных линий имеют более одного типа лазера - источник непрерывного излучения для тяжелых работ и источник импульсного или QCW для тонкой работы.

CW и QCW — всего лишь два члена гораздо большего семейства лазеров. Понимание того, где они находятся, поможет вам принимать более обоснованные решения о покупке и предвидеть, в каком направлении движется технология.

Семья лазеров.С одной стороны, мощные-лазеры непрерывного действия служат для резки и глубокой сварки; с другой стороны, ультракороткие-импульсные лазеры доставляют энергию в фемтосекундах и пикосекундах для холодной,-микро-обработки без повреждений. Между ними расположены импульсные, QCW и наносекундные источники, предназначенные для маркировки, сверления и тонкой сварки. Каждый режим ширины импульса-соответствует определенному набору приложений - чем шире ассортимент вашей продукции, тем больше вероятность того, что вам понадобится несколько источников рядом.

Полупроводниковые лазеры как строительные блоки.Мощные-диодные и волоконные лазеры все чаще создаются на основеполупроводниковая лазерная технология, который обеспечивает энергию накачки большинства промышленных систем CW и QCW. Поскольку полупроводниковые чипы стремятся к более высокой яркости и более низкой стоимости, они продвигают все семейство вперед: - больше мощности на доллар, лучшее качество луча и новые длины волн для материалов, которые раньше было трудно обрабатывать.

Почему лазерная обработка продолжает расширяться.По сравнению с традиционными методами лазерная обработка обеспечивает бесконтактную работу, отсутствие износа инструмента, программируемую гибкость и воспроизводимое качество. Эти структурныепреимущества технологии лазерной обработкиобъясните, почему заводы продолжают заменять механические, термические и химические процессы лазерными решениями в листовой, электронной, автомобильной и энергетической промышленности.

Куда движется индустрия.Рынок продолжает двигаться в сторону более высокой средней мощности, меньшей ширины импульса и более разумного управления технологическими процессами. Послеанализ лазерной промышленностиопубликованные производителями оборудования и отраслевыми обозревателями, — это практичный способ отслеживать, какие типы источников набирают популярность -, и рассчитывать время для следующих инвестиций в оборудование. Независимо от вашего применения, начните с материала и целевого качества и позвольте данным процесса - не привычно - выбирать между CW, QCW и импульсным режимом.