CW laser a QCW laser ve svařování

Charakteristiky distribuce energie

Významnou vlastností CW laserů je jejich Gaussovo rozložení energie, kde se rozložení energie v průřezu laserového paprsku zmenšuje od středu směrem ven v Gaussově (normálním) vzoru. Tato charakteristika rozložení umožňuje CW laserům dosáhnout extrémně vysoké přesnosti zaostřování a efektivity zpracování, zejména v aplikacích vyžadujících koncentrované využití energie.

Diagram rozložení energie kontinuálního laseru

Výhody svařování laserem kontinuální vlnou (CW)

Mikrostrukturální perspektiva

Zkoumání mikrostruktury kovů odhaluje zřetelné výhody kontinuálního laserového svařování (CW) oproti pulznímu svařování kvazi-kontinuální vlnou (QCW). Pulzní svařování QCW, omezené svým frekvenčním limitem, obvykle kolem 500 Hz, čelí kompromisu mezi mírou překrytí a hloubkou průvaru. Nízká míra překrytí má za následek nedostatečnou hloubku, zatímco vysoká míra překrytí omezuje rychlost svařování a snižuje účinnost. Naproti tomu CW laserové svařování, díky výběru vhodných průměrů laserového jádra a svařovacích hlav, dosahuje efektivního a kontinuálního svařování. Tato metoda se ukazuje jako obzvláště spolehlivá v aplikacích vyžadujících vysokou integritu těsnění.

Zohlednění tepelného nárazu

Z hlediska tepelného rázu trpí pulzní laserové svařování QCW problémem překrytí, které vede k opakovanému ohřevu svarového švu. To může způsobit nesrovnalosti mezi mikrostrukturou kovu a základním materiálem, včetně rozdílů ve velikosti dislokací a rychlosti ochlazování, čímž se zvyšuje riziko praskání. CW laserové svařování se na druhou stranu tomuto problému vyhýbá tím, že zajišťuje rovnoměrnější a kontinuálnější proces ohřevu.

Snadné nastavení

Z hlediska provozu a nastavení vyžaduje laserové svařování QCW pečlivé ladění několika parametrů, včetně frekvence opakování pulzů, špičkového výkonu, šířky pulzu, pracovního cyklu a dalších. CW laserové svařování zjednodušuje proces nastavení a zaměřuje se hlavně na tvar vlny, rychlost, výkon a míru rozostření, což výrazně usnadňuje provozní obtíže.

Technologický pokrok v kontinuálním laserovém svařování

Zatímco laserové svařování QCW je známé svým vysokým špičkovým výkonem a nízkým tepelným příkonem, což je výhodné pro svařování tepelně citlivých součástí a extrémně tenkostěnných materiálů, pokroky v technologii laserového svařování CW, zejména pro aplikace s vysokým výkonem (obvykle nad 500 wattů) a hluboké provařování založené na efektu klíčové dírky, výrazně rozšířily jeho rozsah použití a účinnost. Tento typ laseru je obzvláště vhodný pro materiály silnější než 1 mm a dosahuje vysokých poměrů stran (přes 8:1) i přes relativně vysoký tepelný příkon.

Kvazikontinuální vlnové (QCW) laserové svařování

Cílená distribuce energie

QCW, zkratka pro „Quasi-Continuous Wave“ (kvazikontinuální vlna), představuje laserovou technologii, kde laser vyzařuje světlo nespojitým způsobem, jak je znázorněno na obrázku a. Na rozdíl od rovnoměrného rozložení energie u jednomódových kontinuálních laserů koncentrují QCW lasery svou energii hustěji. Tato vlastnost jim dává vynikající hustotu energie, což se promítá do silnějších penetračních schopností. Výsledný metalurgický efekt se podobá tvaru „hřebíku“ s významným poměrem hloubky k šířce, což umožňuje QCW laserům vyniknout v aplikacích zahrnujících slitiny s vysokou odrazivostí, tepelně citlivé materiály a přesné mikrosvařování.

Zvýšená stabilita a snížené rušení oblakem

Jednou z výrazných výhod laserového svařování QCW je jeho schopnost zmírnit vliv kovového oblaku na rychlost absorpce materiálu, což vede ke stabilnějšímu procesu. Během interakce laseru s materiálem může intenzivní odpařování vytvořit směs kovových par a plazmatu nad tavnou lázní, běžně označovanou jako kovový oblak. Tento oblak může chránit povrch materiálu před laserem, což způsobuje nestabilní dodávku energie a defekty, jako je rozstřik, výbušné body a důlky. Přerušovaná emise QCW laserů (např. 5ms dávka následovaná 10ms pauzou) však zajišťuje, že každý laserový puls dosáhne povrchu materiálu bez ovlivnění kovovým oblakem, což vede k pozoruhodně stabilnímu svařovacímu procesu, který je obzvláště výhodný pro svařování tenkých plechů.

Stabilní dynamika tavného bazénu

Dynamika tavné lázně, zejména z hlediska sil působících na klíčovou díru, je klíčová pro určení kvality svaru. Kontinuální lasery mají kvůli prodloužené expozici a větším tepelně ovlivněným zónám tendenci vytvářet větší tavné lázně naplněné tekutým kovem. To může vést k vadám spojeným s velkými tavnými lázněmi, jako je zhroucení klíčové díry. Naproti tomu soustředěná energie a kratší doba interakce laserového svařování QCW koncentrují tavnou lázeň kolem klíčové díry, což vede k rovnoměrnějšímu rozložení síly a nižšímu výskytu pórovitosti, praskání a rozstřiku.