Лазеры непрерывной волны (CW) и лазеры квазинепрерывной волны (QCW) — это два типа лазеров, которые обычно используются в различных приложениях. Непрерывные лазеры излучают непрерывный пучок света, а лазеры QCW излучают серию коротких импульсов. Вот некоторые различия между этими двумя типами лазеров:
Различия между CW и QCW
Непрерывный лазер: CW - это сокращение от «непрерывная волна», что означает лазер непрерывной волны. Он обеспечивает лазерный выход за счет непрерывной энергии возбуждения, что означает, что лазер остается включенным до тех пор, пока он не остановится. Непрерывные лазеры обычно имеют более низкую пиковую мощность и более высокую среднюю мощность.
Как показано на рисунке 1, непрерывный лазер относится к лазеру, который может непрерывно и непрерывно излучать свет, в совокупности известный как непрерывный лазер. Как правило, обычная резка металла и сварка меди с алюминием - это непрерывные лазеры, которые наиболее широко используются. Основные параметры для непрерывной отладки лазерного процесса включают в себя: форму сигнала мощности, степень расфокусировки, диаметр пятна сердечника и скорость;
Как показано на рисунке 2, схематическая диаграмма гауссового распределения энергии одномодового непрерывного лазера показывает распределение энергии поперечного сечения лазерного луча. Средняя энергия является самой высокой, а периферия, в свою очередь, уменьшается, демонстрируя гауссово распределение (нормальное распределение).
QCW - это аббревиатура от «квазинепрерывная волна», что означает лазер квазинепрерывной волны. 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 непрерывными лазерами распределение энергии QCW более концентрировано, что означает, что QCW имеет более высокую плотность энергии (более сильную проникающую способность), чем непрерывные лазеры. Это отражается в металлографическом аспекте, что означает, что QCW обладает большей проникающей способностью. Полученный металлографический вид подобен гвоздю с более высоким соотношением сторон. Пиковая мощность лазера и высокая плотность энергии QCW делают его подходящим для сплавов с высоким сопротивлением, термочувствительных материалов. Микросвязь имеет огромные преимущества; На рисунке c показана принципиальная схема сварки импульсным лазером с различными частотами. Видно, что импульсная сварка относительно стабильна практически без разбрызгивания [1].
Лазеры QCW в основном используют технологию, называемую модуляцией добротности, которая является эффективным методом получения коротких импульсов высокой энергии. Он сжимает общий непрерывный выходной сигнал лазера в чрезвычайно узкие импульсы для излучения, тем самым увеличивая пиковую мощность источника света на несколько порядков. Во время модуляции добротности, прежде чем усиливающая среда накопит достаточно энергии, весь лазерный резонатор поддерживает высокие потери в резонаторе. В это время лазер не может производить лазерные колебания, потому что порог слишком высок, так что число 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, хранящейся в частицах верхнего уровня, будет преобразована в энергию лазера за короткое время. Генерировать сильный лазерный импульс на выходе. .
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 том, чтобы создать давление в воздушном шаре и мгновенно надуть его, что примерно соответствует непрерывному и QCW.
Рис. 4 а Внешний вид стержня для лазерной герметизации CW, внешний вид прямого сварного шва, металлографическое исследование продольного сечения; внешний вид гвоздя с лазерной герметизацией QCW, внешний вид прямого сварного шва, металлография продольного сечения;
Эффект непрерывной лазерной сварки и эффект квазинепрерывной лазерной сварки QCW:
1. Внешний вид QCW похож на импульсную точечную сварку с рисунком рыбьей чешуи, в то время как непрерывный лазер имеет гладкую и непрерывную кривую;
2. Потребляемая энергия: непрерывный лазерный вход, импульсный прерывистый вход, отраженный на металлографии, непрерывная лазерная сварка, продольная металлографическая непрерывная, только небольшие колебания, импульсный лазер может четко видеть лазерное сверление, как одноточечное лазерное металлографическое соединение, каждый лазер, соответствующий металлографическому, четко виден. ; Следовательно, непрерывная сварка прочнее, чем лазерная сварка QCW, по прочности сварного соединения.
Рис. а Принципиальная схема непрерывной лазерной сварки; Рис. b Принципиальная схема лазерной сварки QCW
Преимущества лазерной сварки QCW
1. Предотвращение влияния шлейфов на поглощение материала, что делает процесс более стабильным: во время взаимодействия между лазером и материалом материал будет подвергаться сильному испарению, образуя смесь паров металла, плазмы и других газов над расплавленной ванной вместе. известные как металлические перья. Эти металлические шлейфы будут защищать 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 прерывистым световым потоком (5 мс прерывистого светового потока, 10 мс прерывистого светового потока, а затем следующий световой поток), что гарантирует, что на каждый удар лазера по поверхности материала не влияют металлические шлейфы, что делает его более стабильным по сравнению со сваркой и имеет преимущества при сварке тонких листов.
2. Стабильная ванна расплава: нагрузка на замочную скважину ванны расплава, большая продолжительность непрерывного лазерного воздействия, большая площадь теплопроводности, большая площадь ванны расплава и обилие жидкого металла делают ванну расплава непрерывной сварки намного больше. чем в ванне расплава лазера QCW. Дефекты, такие как поры, трещины и брызги, тесно связаны с расплавленной ванной: если расплавленная ванна большая, поверхностное натяжение расплавленной ванны уменьшается с повышением температуры, а большая расплавленная ванна более склонна к разрушению замочной скважины, как показано на рисунке. в а3; Из-за более концентрированной энергии и короткого времени действия лазерной сварки QCW расплавленная ванна в основном существует вокруг замочной скважины, а сила является равномерной. Относительная частота появления пор, трещин и брызг ниже.
3. Зона термического влияния Саллера: непрерывное лазерное воздействие 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, делая его меньше в зоне термического влияния и тепловложения, делая его более подходящим для обработки тонких материалов; А материалы, близкие к термодатчикам, можно обрабатывать только лазером QCW.
4. Высокая пиковая мощность: при той же средней мощности, что и у лазеров непрерывного действия и QCW, QCW может достигать более высокой пиковой мощности, более высокой плотности энергии, большей глубины плавления и более сильного проникновения. QCW имеет больше преимуществ при сварке листов из медного сплава и алюминиевого сплава. Плотность энергии непрерывного лазера с той же средней мощностью ниже, чем у КХВ, что может привести к тому, что лазер не будет оставлять следов сварки на поверхности материала и все они будут отражаться. Если мощность лазера слишком высока, скорость лазерного поглощения резко возрастет после достижения плавления материала, а подводимая теплота резко увеличится, что приведет к неконтролируемой глубине плавления и подводимой теплоты. Его нельзя использовать при сварке тонких листов, и могут быть явления либо отсутствия следов сварки, либо прожога, что не может соответствовать требованиям процесса.
Преимущества лазерной сварки CW
1. С металлографической точки зрения: как показано на рисунке слева, импульсная сварка QCW относится к металлографическому сращиванию, а верхний предел частоты в основном составляет около 500 Гц. Скорость перекрытия низкая, эффективная глубина плавления мала, скорость перекрытия высока, скорость не может быть улучшена, а эффективность низкая; Непрерывный лазер может обеспечить эффективную и непрерывную сварку за счет выбора лазеров с различными диаметрами сердечника и сварочными соединениями, а непрерывный лазер более стабилен в некоторых случаях с высокими требованиями к герметизации;
2. С точки зрения степени теплового воздействия: при импульсной лазерной сварке QCW возникает проблема скорости перекрытия, и сварной шов многократно нагревается. Поскольку металлографическая фаза металла и основного металла будет отличаться после однократной сварки, а размер дислокации будет разным, скорость охлаждения может быть непостоянной после переплавки, что легко может вызвать трещины, но это явление не существует в непрерывном режиме. лазерная сварка;
3. С точки зрения сложности отладки: импульсный лазер QCW требует отладки частоты повторения импульсов, пиковой мощности, ширины импульса, рабочего цикла, энергии импульса, средней мощности, пиковой плотности мощности, плотности энергии, степени расфокусировки и т. д.; Непрерывный лазер должен фокусироваться только на форме волны, скорости, мощности и расфокусировке, что относительно просто.
Краткое описание лазера QCW: два основных преимущества: пиковая мощность, низкое тепловложение и небольшая деформация заготовки.
Поскольку длительность импульса короткая (обычно несколько миллисекунд), тепло, попадающее в деталь, сводится 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 тепловыделение. Непрерывные лазеры 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 CW - это в основном 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 тепловложением.
Наконец, благодаря развитию лазерной технологии, существует также технология непрерывной лазерной модуляции для импульсной сварки непрерывных лазеров, а также высокочастотная импульсная сварка лазеров QCW.
В целом, как лазеры непрерывного действия, так и лазеры QCW имеют свои преимущества и недостатки в зависимости от конкретного применения. Непрерывные лазеры подходят для приложений, требующих непрерывного луча света, а лазеры QCW подходят для приложений, требующих коротких импульсов высокой энергии. Поэтому важно выбрать правильный тип лазера для вашего конкретного применения, чтобы добиться наилучших результатов.