Nepārtrauktā viļņa (CW) lāzeri un kvazi-nepārtrauktā viļņa (QCW) lāzeri ir divu veidu lāzeri, kurus parasti izmanto dažādās lietojumprogrammās. CW lāzeri izstaro nepārtrauktu gaismas staru, savukārt QCW lāzeri izstaro īsu impulsu sēriju. Šeit ir dažas atšķirības starp šiem diviem lāzeru veidiem:
Atšķirības starp CW un QCW
CW lāzers: CW ir "nepārtraukta viļņa" saīsinājums, kas nozīmē nepārtraukta viļņa lāzers. Tas nodrošina lāzera izvadi, izmantojot nepārtrauktu ierosmes enerģiju, kas nozīmē, ka lāzers paliek ieslēgts līdz apstājas. CW lāzeriem parasti ir mazāka maksimālā jauda un lielāka vidējā jauda.
Kā parādīts 1. attēlā, nepārtraukts lāzers attiecas uz lāzeru, kas var nepārtraukti un nepārtraukti izstarot gaismu, ko kopā sauc par nepārtrauktu lāzeru. Parasti parastā metāla griešana un vara alumīnija metināšana ir nepārtraukti lāzeri, kurus izmanto visplašāk. Galvenie parametri nepārtrauktai lāzera procesa atkļūdošanai ir: jaudas viļņu forma, defokusēšanas apjoms, serdes diametra vieta un ātrums;
Kā parādīts 2. attēlā, vienmoda nepārtraukta lāzera Gausa enerģijas sadalījuma shematiskā diagramma parāda lāzera stara šķērsgriezuma enerģijas sadalījumu. Vidējā enerģija ir visaugstākā, un perifērija savukārt samazinās, parādot Gausa sadalījumu (normāls sadalījums).
QCW ir "kvazi nepārtraukta viļņa" saīsinājums, kas nozīmē gandrīz nepārtrauktu viļņu lāzeru. Kā parādīts impulsa lāzera a attēlā, lāzers parasti ir intermitējošas gaismas emisijas process; b attēlā parādīts lāzera enerģijas sadalījums. Salīdzinot ar viena režīma nepārtrauktajiem lāzeriem, QCW enerģijas sadalījums ir koncentrētāks, kas nozīmē, ka QCW ir lielāks enerģijas blīvums (spēcīgāka iespiešanās spēja) nekā nepārtrauktiem lāzeriem. Tas atspoguļojas metalogrāfiskajā aspektā, kas nozīmē, ka QCW ir lielāka iespiešanās spēja. Izgatavotais metalogrāfiskais aspekts ir līdzīgs naglai ar lielāku malu attiecību. QCW maksimālā lāzera jauda un lielais enerģijas blīvums padara to piemērotu augstas pretestības sakausējumiem, termiski jutīgiem materiāliem. Mikro savienojamībai ir milzīgas priekšrocības; c attēlā parādīta impulsa lāzera metināšanas shematiskā diagramma ar dažādām frekvencēm. Var redzēt, ka impulsa metināšana ir samērā stabila, gandrīz bez šļakatām [1].
QCW lāzeri galvenokārt izmanto tehnoloģiju, ko sauc par Q-switching, kas ir efektīva metode augstas enerģijas īsu impulsu iegūšanai. Tas saspiež vispārējo izvades nepārtraukto lāzeru ārkārtīgi šauros impulsos, lai izstarotu, tādējādi palielinot gaismas avota maksimālo jaudu par vairākām kārtām. Q pārslēgšanas laikā, pirms pastiprinājuma vide saglabā pietiekami daudz enerģijas, viss lāzera rezonators uztur lielu dobuma zudumu. Šobrīd lāzers nevar radīt lāzera svārstības, jo slieksnis ir pārāk augsts, tāpēc augšējā līmeņa daļiņu skaitu var uzkrāt lielos daudzumos. Kad uzkrāšanās sasniedz piesātinājuma vērtību, dobuma zudums strauji samazinās līdz ļoti mazai vērtībai, tāpēc lielākā daļa enerģijas, ko uzglabā augšējā līmeņa daļiņas, īsā laikā tiks pārvērsta lāzera enerģijā, ģenerējiet spēcīgu lāzera impulsa izvadi izejas galā. .
Piemēram, apaļai cilindram līdzīgu balonu var atbrīvot no sprauslas un lēnām un nepārtraukti iztukšot, ko sauc par nepārtrauktu lāzeru. Q vērtības pielāgošana ir spiediena palielināšana balonā un tūlītēja tā piepūšana, kas aptuveni notiek nepārtrauktas un QCW gadījumā.
Fig4a CW lāzera blīvējuma naglas izskats, taisnas metinājuma šuves izskats, garengriezuma metalogrāfiskā izmeklēšana; QCW lāzera blīvējuma naglas izskats, taisna metinājuma izskats, garengriezuma metalogrāfija;
Nepārtraukta lāzera metināšanas efekts pret QCW kvazi nepārtrauktu lāzermetināšanas efektu:
1. QCW izskats ir līdzīgs impulsa punktmetināšanai, ar zivju mēroga modeļiem, savukārt nepārtrauktam lāzeram ir gluda un nepārtraukta līkne;
2. Enerģijas ievade: nepārtraukta lāzera ievade, impulsa intermitējoša ieeja, atspoguļota metalogrāfijā, nepārtraukta lāzera metināšana gareniski metalogrāfiska nepārtraukta, tikai nelielas svārstības, impulsa lāzers var skaidri redzēt lāzera urbšanu kā viena punkta lāzera metalogrāfisko savienošanu, katrs lāzers atbilst metalogrāfiski skaidri redzams ; Tāpēc nepārtraukta metināšana ir spēcīgāka par QCW lāzermetināšanu metināšanas savienojuma stiprībā.
att. CW lāzermetināšanas shematiskā diagramma; B att. QCW lāzermetināšanas shematiskā diagramma
QCW lāzermetināšanas priekšrocības
1. Izvairīšanās no spalvu ietekmes uz materiāla absorbciju, padarot procesu stabilāku: lāzera un materiāla mijiedarbības laikā materiāls spēcīgi iztvaiko, veidojot metāla tvaiku, plazmas un citu gāzu maisījumu virs izkausētā baseina. pazīstami kā metāla plūmes. Šīs metāla lāses pasargās lāzeru no tā, lai tā nonāktu līdz materiāla virsmai, kā rezultātā materiāla virsmai nonāks nestabila lāzera jauda, kā rezultātā rodas defekti, piemēram, šļakatas, sprādziena punkti un bedres; Tomēr QCW impulsa metināšanai ir raksturīga neregulāra gaismas atdeve (5 ms gaismas atdeve, 10 ms intermitējoša gaismas atdeve un pēc tam nākamā gaismas atdeve), kas nodrošina, ka katru lāzera triecienu uz materiāla virsmu neietekmē metāla strūklas, padarot to stabilāku salīdzinājumā ar metināšanu, un tam ir priekšrocības plānu plākšņu metināšanā.
2. Stabils kausējuma baseins: spriedze uz kausējuma baseina atslēgas caurumu, ilgstoša nepārtraukta lāzera darbība, lielais siltuma vadīšanas laukums, lielais kausējuma baseina laukums un šķidrā metāla pārpilnība padara nepārtrauktās metināšanas kausējuma baseinu daudz lielāku. nekā QCW lāzera kausējuma baseins. Defekti, piemēram, poras, plaisas un šļakatas, ir cieši saistīti ar izkusušo baseinu: ja izkusušais baseins ir liels, izkausētā baseina virsmas spraigums samazinās, palielinoties temperatūrai, un lielais kausētais baseins ir vairāk pakļauts atslēgas cauruma sabrukšanai, kā parādīts attēlā. in a3; Sakarā ar QCW lāzermetināšanas koncentrētāku enerģiju un īsu darbības laiku, izkusušais baseins galvenokārt atrodas ap atslēgas caurumu, un spēks ir vienmērīgs. Poru, plaisu un šļakatu relatīvais sastopamības biežums ir mazāks.
3. Saller siltuma ietekmētā zona: nepārtraukta lāzera darbība uz materiālu nepārtraukti pārnes siltumu uz materiālu, padarot plāno materiālu ļoti jutīgu pret termiskām deformācijām un defektiem, piemēram, plaisām, ko izraisa iekšējais spriegums. QCW periodiski iedarbojas uz materiālu, piešķirot tam dzesēšanas laiku, padarot to mazāku siltuma ietekmētajā zonā un siltuma ievadi, padarot to piemērotāku plānu materiālu apstrādei; Materiālus, kas atrodas tuvu siltuma sensoriem, var apstrādāt tikai ar QCW lāzeru.
4. Augsta maksimālā jauda: ar tādu pašu vidējo nepārtraukto un QCW lāzeru jaudu, QCW var sasniegt lielāku maksimālo jaudu, lielāku enerģijas blīvumu, lielāku kušanas dziļumu un spēcīgāku iespiešanos. QCW ir vairāk priekšrocību vara sakausējuma un alumīnija sakausējuma lokšņu metināšanā. Nepārtraukta lāzera enerģijas blīvums ar tādu pašu vidējo jaudu ir zemāks par QCW, kā rezultātā lāzeram var neizdoties izveidot metināšanas pēdas uz materiāla virsmas un tās visas atstaroties. Ja lāzers ir pārāk augsts, lāzera absorbcijas ātrums strauji palielināsies pēc materiāla kušanas, un siltuma padeve pēkšņi palielināsies, kā rezultātā rodas nekontrolējams kušanas dziļums un siltuma padeve. To nevar izmantot plānu plākšņu metināšanai, un var rasties metināšanas pēdas vai izdegšana, kas neatbilst procesa prasībām.
CW lāzermetināšanas priekšrocības
1. No metalogrāfiskā viedokļa: kā parādīts kreisajā attēlā, QCW impulsu metināšana pieder pie metalogrāfiskās savienošanas, un augšējā frekvences robeža galvenokārt ir aptuveni 500 Hz. Pārklāšanās ātrums ir zems, efektīvais kušanas dziļums ir mazs, pārklāšanās ātrums ir augsts, ātrumu nevar uzlabot un efektivitāte ir zema; Nepārtraukts lāzers var realizēt efektīvu un nepārtrauktu metināšanu, izvēloties lāzerus ar dažādu serdes diametru un metināšanas savienojumiem, un nepārtraukts lāzers dažos gadījumos ir stabilāks ar augstām blīvējuma prasībām;
2. No siltuma ietekmes pakāpes viedokļa: QCW impulsa lāzera staru metināšanā ir pārklāšanās ātruma problēma, un metināšanas šuve tiek atkārtoti uzkarsēta. Tā kā metāla un parastā metāla metalogrāfiskā fāze pēc vienreizējas metināšanas būs atšķirīga un dislokācijas lielums ir atšķirīgs, dzesēšanas ātrums pēc pārkausēšanas var būt nevienmērīgs, kas var viegli izraisīt plaisas, taču šī parādība nepastāv nepārtrauktā režīmā. lāzera metināšana;
3. No atkļūdošanas grūtību viedokļa: QCW impulsu lāzeram ir nepieciešama atkļūdošanas impulsa atkārtošanās frekvence, maksimālā jauda, impulsa platums, darba cikls, impulsa enerģija, vidējā jauda, maksimālās jaudas blīvums, enerģijas blīvums, defokusēšanas apjoms utt.; Nepārtrauktam lāzeram ir jākoncentrējas tikai uz viļņu formu, ātrumu, jaudu un defokusu, kas ir salīdzinoši vienkārši.
QCW lāzera kopsavilkums: divas galvenās priekšrocības: maksimālā jauda, zema siltuma padeve un neliela sagataves deformācija.
Tā kā impulsa ilgums ir īss (parasti vairākas milisekundes), siltums, kas iekļūst detaļā, tiek samazināts līdz minimumam, tāpēc ieteicams izmantot impulsa lāzermetināšanu ap termisko sensoru un īpaši plānu sienu materiālu. Tajā pašā laikā, tā kā impulsa sākumā tiek pārraidīts liels enerģijas daudzums, impulsu lāzera metināšana bieži ir piemērota atstarojošam metālam. Parasti to dēvē par "uzlabotu impulsu", jaudas pieaugums impulsa cikla sākumā ilgst tikai nelielu daļu no kopējā impulsa ilguma. Tomēr tā jauda ir pietiekama, lai izlauztu cauri materiāla atstarošanas spējai, vienlaikus saglabājot zemāku vidējo jaudu, tādējādi samazinot siltumu. CW lāzeriem ir jānodrošina liels enerģijas daudzums, lai savienotu ļoti atstarojošus metālus, un radītais siltums var viegli sabojāt tajos esošās daļas vai komponentus. CW nepārtraukto viļņu lāzermetināšana galvenokārt ir lieljaudas lāzers ar jaudu virs 500 vatiem. Vispārīgi runājot, šāda veida lāzers ir jāizmanto plāksnēm, kuru biezums ir 1 mm vai vairāk. Metināšanas mehānisms ir dziļa iespiešanās metināšana, kuras pamatā ir atslēgas cauruma efekts, ar lielu malu attiecību, kas pārsniedz 8:1, bet salīdzinoši lielu siltuma padevi.
Visbeidzot, pateicoties lāzertehnoloģiju attīstībai, pastāv arī nepārtrauktas lāzera modulācijas tehnoloģija, lai panāktu nepārtrauktu lāzeru impulsu metināšanu, kā arī QCW lāzeru augstfrekvences impulsu metināšanu.
Kopumā gan CW lāzeriem, gan QCW lāzeriem ir savas priekšrocības un trūkumi atkarībā no konkrētā pielietojuma. CW lāzeri ir piemēroti lietojumiem, kuriem nepieciešams nepārtraukts gaismas stars, savukārt QCW lāzeri ir piemēroti lietojumiem, kuriem nepieciešami īsi augstas enerģijas impulsi. Tāpēc, lai sasniegtu vislabākos rezultātus, ir svarīgi izvēlēties savam konkrētajam lietojumam piemērotu lāzera veidu.