Лазерите с непрекъсната вълна (CW) и лазерите с квази-непрекъсната вълна (QCW) са два вида лазери, които обикновено се използват в различни приложения. CW лазерите излъчват непрекъснат лъч светлина, докато QCW лазерите излъчват поредица от кратки импулси. Ето някои от разликите между тези два вида лазери:
Разлики между CW и QCW
CW лазер: CW е съкращението за "continuous wave", което означава лазер с непрекъсната вълна. Той постига лазерна мощност чрез непрекъсната енергия на възбуждане, което означава, че лазерът остава включен, докато спре. CW лазерите обикновено имат по-ниска пикова мощност и по-висока средна мощност.
Както е показано на фигура 1, непрекъснатият лазер се отнася до лазер, който може непрекъснато и непрекъснато да излъчва светлина, общо известен като непрекъснат лазер. Като цяло обикновеното рязане на метал и заваряването на меден алуминий са непрекъснати лазери, които са най-широко използвани. Основните параметри за непрекъснато отстраняване на грешки в лазерния процес включват: форма на вълната на мощността, степен на дефокусиране, петно с диаметър на сърцевината и скорост;
Както е показано на Фигура 2, схематичната диаграма на Гаусово енергийно разпределение на едномодов непрекъснат лазер показва енергийното разпределение на напречното сечение на лазерен лъч. Средната енергия е най-висока, а периферията намалява на свой ред, показвайки гаусово разпределение (нормално разпределение).
QCW е съкращението за "квази непрекъсната вълна", което означава лазер с квази непрекъсната вълна. Както е показано на фигура a на импулсния лазер, лазерът обикновено е процес на прекъсващо излъчване на светлина; Фигура b показва разпределението на лазерната енергия. В сравнение с едномодовите непрекъснати лазери, разпределението на енергията на QCW е по-концентрирано, което означава, че QCW има по-висока енергийна плътност (по-силна способност за проникване) от непрекъснатите лазери. Това се отразява в металографския аспект, което означава, че QCW има по-голяма способност за проникване. Произведеният металографски аспект е подобен на пирон, с по-високо съотношение. Пиковата мощност на лазера и високата енергийна плътност на QCW го правят подходящ за сплави с висока устойчивост, термочувствителни материали. Има огромни предимства в микросвързаността; Фигура c показва схематичната диаграма на заваряване на импулсен лазер с различни честоти. Може да се види, че импулсното заваряване е относително стабилно, почти без пръски [1].
QCW лазерите използват главно технология, наречена Q-switching, която е ефективен метод за получаване на високоенергийни къси импулси. Той компресира общия изходен непрекъснат лазер в изключително тесни импулси за излъчване, като по този начин увеличава пиковата мощност на светлинния източник с няколко порядъка. По време на Q-превключване, преди усилващата среда да съхрани достатъчно енергия, целият лазерен резонатор поддържа висока загуба в кухината. По това време лазерът не може да произведе лазерни трептения, тъй като прагът е твърде висок, така че броят на броя на частиците от горното ниво може да се натрупа в големи количества. Когато натрупването достигне стойността на насищане, загубата на кухина бързо намалява до много малка стойност, така че по-голямата част от енергията, съхранявана от частиците от по-високо ниво, ще бъде преобразувана в лазерна енергия за кратко време, Генерирайте силен изходен лазерен импулс в края на изхода .
Например, балон, подобен на кръгъл барабан, може да бъде освободен от дюзата си и бавно и непрекъснато изпуснат, което се нарича непрекъснат лазер. Регулирането на стойността на Q е да постави балона под налягане и да го надуе незабавно, което е приблизително случаят с непрекъснато и QCW.
Фигура 4 a Външен вид на CW лазерен пирон за запечатване, външен вид на прав заваръчен шев, металографско изследване на надлъжен разрез; външен вид на ноктите за лазерно запечатване QCW, външен вид на прави заварки, металография на надлъжен разрез;
Ефект на непрекъснато лазерно заваряване срещу QCW квази непрекъснат ефект на лазерно заваряване:
1. Външният вид на QCW е подобен на импулсно точково заваряване, с модели на рибени люспи, докато непрекъснатият лазер има гладка и непрекъсната крива;
2. Входяща енергия: непрекъснат лазерен вход, импулсен периодичен вход, отразен върху металографията, непрекъснато лазерно заваряване, надлъжно металографско непрекъснато, само леки колебания, импулсният лазер може ясно да види лазерното пробиване като едноточково лазерно металографско снаждане, всеки съответстващ лазер металографски ясно видим ; Следователно непрекъснатото заваряване е по-силно от QCW лазерното заваряване по отношение на якостта на заваръчните съединения.
Фиг. Схематична диаграма на CW лазерно заваряване; Фиг. b Схематична диаграма на QCW лазерно заваряване
Предимства на QCW лазерното заваряване
1. Избягване на влиянието на струите върху абсорбцията на материала, което прави процеса по-стабилен: по време на взаимодействието между лазера и материала, материалът ще претърпи силно изпарение, образувайки смес от метални пари, плазма и други газове над разтопения басейн, колективно известни като метални перки. Тези метални струи ще предпазят лазера от достигане до повърхността на материала, което води до нестабилна мощност на лазера, достигаща повърхността на материала, което води до дефекти като пръски, точки на експлозия и ями; Импулсното заваряване на QCW обаче се характеризира с прекъсващ светлинен поток (5ms светлинен поток, 10ms периодичен светлинен поток и след това следващият светлинен поток), което гарантира, че всеки лазерен удар върху повърхността на материала не се влияе от метални струи, което го прави по-стабилен в сравнение със заваряването и има предимства при заваряване на тънки плочи.
2. Стабилен резервоар за стопилка: Напрежението върху ключалката на басейна за стопилка, дългата продължителност на непрекъснато лазерно действие, голямата площ на топлопроводимост, голямата площ на басейна за стопилка и изобилието от течен метал правят резервоара за стопилка при непрекъснато заваряване много по-голям отколкото QCW лазерния басейн за стопяване. Дефекти като пори, пукнатини и пръски са тясно свързани с разтопената вана: ако разтопената вана е голяма, повърхностното напрежение на разтопената вана намалява с повишаване на температурата и голямата разтопена вана е по-склонна към срутване в ключалката, както е показано в a3; Поради по-концентрираната енергия и краткото време на действие на QCW лазерното заваряване, разтопената вана съществува главно около ключалката и силата е еднаква. Относителният процент на поява на пори, пукнатини и пръски е по-нисък.
3. Зона, засегната от топлината на Saller: непрекъснатото лазерно въздействие върху материала непрекъснато пренася топлина към материала, което прави тънкия материал силно податлив на термична деформация и дефекти като пукнатини, причинени от вътрешно напрежение. QCW периодично действа върху материала, като му дава време за охлаждане, което го прави по-малък в засегнатата от топлина зона и входяща топлина, което го прави по-подходящ за обработка на тънки материали; А материали, близки до термичните сензори, могат да се обработват само с QCW лазер.
4. Висока пикова мощност: С еднаква средна мощност на непрекъснати и QCW лазери, QCW може да постигне по-висока пикова мощност, по-висока енергийна плътност, по-голяма дълбочина на топене и по-силно проникване. QCW има повече предимства при заваряването на листове от медна сплав и алуминиева сплав. Енергийната плътност на непрекъснат лазер със същата средна мощност е по-ниска от QCW, което може да накара лазера да не успее да създаде следи от заваряване върху повърхността на материала и всички те да бъдат отразени. Ако лазерът е твърде висок, скоростта на лазерно поглъщане ще се увеличи рязко след постигане на топене на материала и входящата топлина внезапно ще се увеличи, което ще доведе до неконтролируема дълбочина на топене и входяща топлина. Не може да се използва при заваряване на тънки плочи и може да има явления на невъзможност за създаване на следи от заваряване или изгаряне, което не може да отговори на изискванията на процеса.
Предимства на CW лазерното заваряване
1. От металографска гледна точка: както е показано на лявата фигура, QCW импулсното заваряване принадлежи към металографското снаждане и горната граница на честотата е предимно около 500Hz. Скоростта на припокриване е ниска, ефективната дълбочина на топене е плитка, степента на припокриване е висока, скоростта не може да бъде подобрена и ефективността е ниска; Непрекъснатият лазер може да реализира ефективно и непрекъснато заваряване чрез избор на лазери с различни диаметри на сърцевината и заваръчни фуги, а непрекъснатият лазер е по-стабилен в някои случаи с високи изисквания за запечатване;
2. От гледна точка на степента на топлинно въздействие: има проблем със скоростта на припокриване при QCW импулсно заваряване с лазерен лъч и заваръчният шев се нагрява многократно. Тъй като металографската фаза на метала и основния метал ще бъде различна след еднократно заваряване и размерът на дислокацията е различен, скоростта на охлаждане може да е непоследователна след претопяване, което е лесно да причини пукнатини, но това явление не съществува при непрекъснато лазерно заваряване;
3. От гледна точка на трудностите при отстраняване на грешки: импулсният лазер QCW изисква честота на повторение на импулса за отстраняване на грешки, пикова мощност, ширина на импулса, работен цикъл, импулсна енергия, средна мощност, пикова плътност на мощността, енергийна плътност, количество на дефокусиране и т.н.; Непрекъснатият лазер трябва да се съсредоточи само върху формата на вълната, скоростта, мощността и разфокусирането, което е сравнително просто.
Обобщение на QCW лазера: Две основни предимства: пикова мощност, ниска входяща топлина и малка деформация на детайла.
Тъй като продължителността на импулса е кратка (обикновено няколко милисекунди), топлината, навлизаща в детайла, е сведена до минимум, така че се препоръчва използването на импулсно лазерно заваряване около термичния сензор и изключително тънките стенни материали. В същото време, поради голямото количество енергия, предавано в началото на импулса, импулсното лазерно заваряване често е подходящо за отразяващ метал. Обикновено наричан "усилен импулс", пикът на мощността в началото на импулсния цикъл продължава само малка част от общата продължителност на импулса. Въпреки това, неговата мощност е достатъчна, за да пробие отразяващата способност на материала, като същевременно поддържа по-ниска средна мощност, като по този начин намалява топлината. CW лазерите трябва да осигурят голямо количество енергия за свързване на силно отразяващи метали, а генерираната топлина може лесно да повреди частите или компонентите в тях. CW лазерното заваряване с непрекъсната вълна е предимно високомощен лазер с мощност над 500 вата. Най-общо казано, този тип лазер трябва да се използва за плочи с дебелина от 1 mm или повече. Механизмът за заваряване е заваряване с дълбоко проникване, базирано на ефекта на ключалката, с голямо аспектно съотношение над 8:1, но относително високо входяща топлина.
И накрая, поради напредъка на лазерната технология, съществува и технология за непрекъсната лазерна модулация за постигане на импулсно заваряване на непрекъснати лазери, както и високочестотно импулсно заваряване на QCW лазери.
Като цяло както CW лазерите, така и QCW лазерите имат своите предимства и недостатъци в зависимост от конкретното приложение. CW лазерите са подходящи за приложения, които изискват непрекъснат лъч светлина, докато QCW лазерите са подходящи за приложения, които изискват кратки импулси с висока енергия. Ето защо е важно да изберете правилния тип лазер за вашето конкретно приложение, за да постигнете най-добри резултати.