لیزر CW و لیزر QCW در جوشکاری

ویژگی های توزیع انرژی

یک ویژگی قابل توجه لیزرهای CW، توزیع انرژی گاوسی آنها است، که در آن توزیع انرژی سطح مقطع پرتو لیزر از مرکز به سمت بیرون در یک الگوی گاوسی (توزیع نرمال) کاهش می یابد. این مشخصه توزیع به لیزرهای CW اجازه می دهد تا به دقت تمرکز و راندمان پردازش بسیار بالایی دست یابند، به ویژه در کاربردهایی که نیاز به استقرار انرژی متمرکز دارند.

نمودار توزیع انرژی لیزری CW

مزایای جوشکاری لیزری با موج پیوسته (CW).

دیدگاه ریزساختاری

بررسی ریزساختار فلزات مزایای متمایز جوشکاری لیزری با موج پیوسته (CW) را نسبت به جوشکاری پالسی با موج شبه پیوسته (QCW) نشان می‌دهد. جوشکاری پالس QCW، محدود به محدودیت فرکانس آن، معمولاً در حدود 500 هرتز، با یک مبادله بین نرخ همپوشانی و عمق نفوذ مواجه است. نرخ همپوشانی پایین منجر به عمق ناکافی می شود، در حالی که نرخ همپوشانی بالا سرعت جوش را محدود می کند و کارایی را کاهش می دهد. در مقابل، جوشکاری لیزری CW، از طریق انتخاب قطر هسته لیزر مناسب و سر جوش، به جوشکاری کارآمد و پیوسته دست می یابد. این روش به ویژه در کاربردهایی که نیاز به یکپارچگی مهر و موم بالا دارند قابل اعتماد است.

در نظر گرفتن تاثیر حرارتی

از نقطه نظر ضربه حرارتی، جوشکاری لیزر پالس QCW از موضوع همپوشانی رنج می برد که منجر به گرم شدن مکرر درز جوش می شود. این می‌تواند ناسازگاری‌هایی بین ریزساختار فلز و ماده اصلی ایجاد کند، از جمله تغییرات در اندازه‌های دررفتگی و سرعت خنک‌سازی، در نتیجه خطر ترک خوردن را افزایش می‌دهد. از طرف دیگر، جوشکاری لیزر CW با ارائه فرآیند گرمایش یکنواخت تر و مداوم از این موضوع جلوگیری می کند.

سهولت در تنظیم

از نظر عملکرد و تنظیم، جوشکاری لیزر QCW نیازمند تنظیم دقیق چندین پارامتر، از جمله فرکانس تکرار پالس، توان پیک، عرض پالس، چرخه وظیفه و موارد دیگر است. جوشکاری لیزری CW فرآیند تنظیم را ساده می‌کند و عمدتاً بر شکل موج، سرعت، قدرت و مقدار فوکوس تمرکز می‌کند و به طور قابل توجهی دشواری عملیاتی را کاهش می‌دهد.

پیشرفت تکنولوژی در جوشکاری لیزری CW

در حالی که جوشکاری لیزری QCW به دلیل قدرت پیک بالا و ورودی حرارتی کم، مفید برای جوشکاری قطعات حساس به حرارت و مواد بسیار نازک شناخته شده است، پیشرفت در فناوری جوش لیزری CW، به ویژه برای کاربردهای با توان بالا (معمولا بالای 500 وات) و جوشکاری با نفوذ عمیق بر اساس اثر سوراخ کلید، دامنه کاربرد و کارایی آن را به طور قابل توجهی گسترش داده است. این نوع لیزر به ویژه برای مواد ضخیم‌تر از 1 میلی‌متر مناسب است و علی‌رغم گرمای ورودی نسبتاً بالا، نسبت‌های تصویر بالایی (بیش از 8:1) را به دست می‌آورد.

جوشکاری لیزری با موج شبه پیوسته (QCW).

توزیع متمرکز انرژی

QCW که مخفف عبارت "Quasi-Continuous Wave" است، فناوری لیزری را نشان می دهد که در آن لیزر نور را به صورت ناپیوسته منتشر می کند، همانطور که در شکل a نشان داده شده است. بر خلاف توزیع انرژی یکنواخت لیزرهای پیوسته تک حالته، لیزرهای QCW انرژی خود را متراکم تر متمرکز می کنند. این ویژگی به لیزرهای QCW چگالی انرژی برتر می دهد و به قابلیت های نفوذ قوی تر تبدیل می شود. اثر متالورژیکی حاصل شبیه به شکل "میخ" با نسبت عمق به عرض قابل توجه است و به لیزرهای QCW اجازه می دهد در کاربردهایی مانند آلیاژهای با انعکاس بالا، مواد حساس به حرارت و میکروجوشکاری دقیق برتر باشند.

افزایش پایداری و کاهش تداخل ستون

یکی از مزایای برجسته جوشکاری لیزر QCW توانایی آن در کاهش اثرات ستون فلزی بر میزان جذب مواد است که منجر به فرآیند پایدارتر می شود. در طول برهمکنش لیزر-مواد، تبخیر شدید می تواند مخلوطی از بخار فلز و پلاسما را در بالای حوضچه مذاب ایجاد کند که معمولاً به عنوان ستون فلزی شناخته می شود. این ستون می تواند از سطح مواد در برابر لیزر محافظت کند و باعث انتقال ناپایدار انرژی و نقص هایی مانند پاشش، نقاط انفجار و گودال ها شود. با این حال، انتشار متناوب لیزرهای QCW (به عنوان مثال، یک انفجار 5 میلی‌ثانیه و به دنبال آن یک مکث 10 میلی‌ثانیه) تضمین می‌کند که هر پالس لیزر بدون تأثیر ستون فلزی به سطح ماده می‌رسد، و در نتیجه فرآیند جوشکاری پایداری قابل‌توجهی ایجاد می‌کند، به ویژه برای جوشکاری با ورق نازک مفید است.

دینامیک استخر ذوب پایدار

دینامیک حوضچه مذاب، به ویژه از نظر نیروهای وارد بر سوراخ کلید، در تعیین کیفیت جوش بسیار مهم است. لیزرهای پیوسته به دلیل قرار گرفتن در معرض طولانی مدت و مناطق بزرگتر تحت تأثیر گرما، تمایل به ایجاد حوضچه های مذاب بزرگتر پر از فلز مایع دارند. این می تواند منجر به نقص های مرتبط با حوضچه های ذوب بزرگ، مانند فروریختن سوراخ کلید شود. در مقابل، انرژی متمرکز و زمان برهمکنش کوتاه‌تر جوشکاری لیزر QCW، حوضچه مذاب را در اطراف سوراخ کلید متمرکز می‌کند و در نتیجه توزیع نیروی یکنواخت‌تر و بروز کمتر تخلخل، ترک‌خوردگی و پاشش ایجاد می‌کند.