Nepertraukiamų bangų (CW) lazeriai ir kvazi-nepertraukiamų bangų (QCW) lazeriai yra dviejų tipų lazeriai, kurie dažniausiai naudojami įvairiose srityse. CW lazeriai skleidžia nuolatinį šviesos spindulį, o QCW lazeriai skleidžia trumpų impulsų seriją. Štai keletas šių dviejų tipų lazerių skirtumų:
Skirtumai tarp CW ir QCW
CW lazeris: CW yra „nepertraukiamos bangos“ santrumpa, kuri reiškia nuolatinės bangos lazerį. Jis pasiekia lazerio išvestį per nuolatinę žadinimo energiją, o tai reiškia, kad lazeris lieka įjungtas, kol sustoja. CW lazeriai paprastai turi mažesnę didžiausią galią ir didesnę vidutinę galią.
Kaip parodyta 1 paveiksle, nuolatinis lazeris reiškia lazerį, kuris gali nuolat ir nuolat spinduliuoti šviesą, bendrai vadinamą nuolatiniu lazeriu. Paprastai metalo pjovimas ir vario aliuminio suvirinimas yra ištisiniai lazeriai, kurie yra plačiausiai naudojami. Pagrindiniai nuolatinio lazerinio proceso derinimo parametrai: galios bangos forma, defokusavimo kiekis, šerdies skersmens taškas ir greitis;
Kaip parodyta 2 paveiksle, vienmodžio nuolatinio lazerio Gauso energijos pasiskirstymo schema rodo lazerio pluošto skerspjūvio energijos pasiskirstymą. Vidurinė energija yra didžiausia, o periferija savo ruožtu mažėja, parodydama Gauso pasiskirstymą (normalųjį pasiskirstymą).
QCW yra „kvazi nuolatinės bangos“ santrumpa, o tai reiškia beveik nuolatinės bangos lazerį. Kaip parodyta impulsinio lazerio a paveiksle, lazeris paprastai yra nutrūkstančios šviesos spinduliavimo procesas; b paveiksle parodytas lazerio energijos pasiskirstymas. Palyginti su vieno režimo nepertraukiamais lazeriais, QCW energijos pasiskirstymas yra labiau koncentruotas, o tai reiškia, kad QCW turi didesnį energijos tankį (didesnę skverbimosi galimybę) nei nuolatiniai lazeriai. Tai atsispindi metalografiniame aspekte, o tai reiškia, kad QCW turi didesnę prasiskverbimo galimybę. Gaminamas metalografinis aspektas yra panašus į vinį, su didesniu kraštinių santykiu. Dėl didžiausios lazerio galios ir didelio energijos tankio QCW jis tinka didelio atsparumo lydiniams, termiškai jautrioms medžiagoms. Mikro jungtys turi didžiulių pranašumų; C paveiksle parodyta skirtingų dažnių impulsinio lazerio suvirinimo schema. Matyti, kad impulsinis suvirinimas yra gana stabilus, beveik nėra purslų [1].
QCW lazeriuose daugiausia naudojama technologija, vadinama Q perjungimu, kuris yra veiksmingas būdas gauti didelės energijos trumpus impulsus. Jis suspaudžia bendrojo išėjimo nepertraukiamą lazerį į itin siaurus impulsus, kad spinduliuotų, taip padidindamas didžiausią šviesos šaltinio galią keliais dydžiais. Q perjungimo metu, kol stiprinimo terpė nesukaupia pakankamai energijos, visas lazerio rezonatorius palaiko didelius ertmės nuostolius. Šiuo metu lazeris negali sukelti lazerio virpesių, nes slenkstis yra per aukštas, todėl viršutinio lygio Dalelių skaičius gali būti kaupiamas dideliais kiekiais. Kai kaupimas pasiekia prisotinimo vertę, ertmės nuostoliai greitai sumažėja iki labai mažos vertės, todėl didžioji dalis energijos, kurią sukaupia aukštesnio lygio dalelės, per trumpą laiką bus paversta lazerio energija. Išvesties gale sukuriamas stiprus lazerio impulsas. .
Pavyzdžiui, balioną, panašų į apvalų būgną, galima išleisti iš purkštuko ir lėtai bei nuolat ištuštinti, o tai vadinama nuolatiniu lazeriu. Q vertės reguliavimas reiškia, kad balionas yra slėgis ir akimirksniu jį pripučiama, o tai maždaug yra nuolatinio ir QCW atveju.
4 pav. CW lazerinio sandarinimo vinio išvaizda, tiesios suvirinimo siūlės išvaizda, metalografinis išilginio pjūvio tyrimas; QCW lazerinio sandarinimo nagų išvaizda, tiesios suvirinimo išvaizda, išilginio pjūvio metalografija;
Nepertraukiamas lazerinio suvirinimo efektas, palyginti su QCW beveik nepertraukiamo lazerinio suvirinimo efektu:
1. QCW išvaizda yra panaši į impulsinį taškinį suvirinimą, su žuvų žvynų raštais, o nuolatinis lazeris turi sklandų ir nenutrūkstamą kreivę;
2. Energijos įvestis: nuolatinis lazerio įvestis, impulsų su pertrūkiais įvestis, atsispindi metalografijoje, nuolatinis lazerinis suvirinimas išilginis metalografinis nuolatinis, tik nedideli svyravimai, impulsinis lazeris gali aiškiai matyti lazerio gręžimą kaip vieno taško lazerinį metalografinį sujungimą, kiekvienas lazeris atitinka metalografinį aiškiai matomą ; Todėl nepertraukiamas suvirinimas yra stipresnis nei QCW lazerinis suvirinimo siūlės stiprumas.
Pav. CW lazerinio suvirinimo schema; B pav. QCW lazerinio suvirinimo schema
QCW lazerinio suvirinimo privalumai
1. Vengiant plunksnų įtakos medžiagos absorbcijai, kad procesas būtų stabilesnis: lazerio ir medžiagos sąveikos metu medžiaga stipriai išgaruos, virš išlydyto baseino susidarys metalo garų, plazmos ir kitų dujų mišinys. žinomi kaip metaliniai plunksneliai. Šie metaliniai stulpeliai apsaugo lazerį nuo patekimo į medžiagos paviršių, todėl medžiagos paviršių pasieks nestabili lazerio galia, dėl kurios atsiras defektų, pvz., purslų, sprogimo taškų ir duobių; Tačiau QCW impulsiniam suvirinimui būdingas nutrūkstamas šviesos srautas (5 ms šviesos srautas, 10 ms pertraukiamas šviesos srautas, o tada kita šviesos išvestis), kuri užtikrina, kad kiekvienas lazerio smūgis į medžiagos paviršių nebūtų paveiktas metalinių plunksnų, todėl jis yra stabilesnis, palyginti su suvirinimu, ir turi pranašumų suvirinant ploną plokštelę.
2. Stabilus lydalo baseinas: dėl įtempimo lydalo baseino rakto skylutės, ilgalaikio nepertraukiamo lazerio veikimo, didelio šilumos laidumo ploto, didelio lydymosi baseino ploto ir gausaus skysto metalo nuolatinio suvirinimo lydalo baseinas tampa daug didesnis. nei QCW lazerio lydalo baseinas. Defektai, tokie kaip poros, įtrūkimai ir purslai, yra glaudžiai susiję su išlydytu baseinu: jei išlydytas baseinas yra didelis, išlydyto baseino paviršiaus įtempimas mažėja didėjant temperatūrai, o didelis išlydytas baseinas yra labiau linkęs įgriūti, kaip parodyta. a3; Dėl labiau koncentruotos QCW lazerinio suvirinimo energijos ir trumpo veikimo laiko išlydytas baseinas daugiausia yra aplink rakto skylutę, o jėga yra vienoda. Santykinis porų, įtrūkimų ir purslų atsiradimo dažnis yra mažesnis.
3. Salerio šilumos paveikta zona: nepertraukiamas lazerio veikimas ant medžiagos nuolat perduoda šilumą medžiagai, todėl plona medžiaga yra labai jautri terminei deformacijai ir defektams, pvz., įtrūkimams dėl vidinio įtempio. QCW su pertraukomis veikia medžiagą, suteikdamas jai aušinimo laiką, todėl šilumos paveiktoje zonoje ir šilumos įvedimas tampa mažesnis, todėl jis labiau tinkamas plonoms medžiagoms apdoroti; O medžiagas, esančias arti šilumos jutiklių, galima apdoroti tik naudojant QCW lazerį.
4. Didelė didžiausia galia: naudojant tą pačią vidutinę nuolatinių ir QCW lazerių galią, QCW gali pasiekti didesnę didžiausią galią, didesnį energijos tankį, didesnį lydymosi gylį ir stipresnį įsiskverbimą. QCW turi daugiau pranašumų suvirinant vario lydinio ir aliuminio lydinio lakštus. Nepertraukiamo lazerio su ta pačia vidutine galia energijos tankis yra mažesnis nei QCW, todėl lazeris gali nesugebėti sukurti suvirinimo žymių ant medžiagos paviršiaus ir visos jos atsispindės. Jei lazeris yra per didelis, lazerio sugerties greitis smarkiai padidės, kai medžiaga išsilydys, o šilumos įvedimas staiga padidės, todėl lydymosi gylis ir šilumos įvedimas bus nekontroliuojamas. Jis negali būti naudojamas suvirinant plonas plokštes, todėl gali atsirasti suvirinimo žymių arba perdegimo reiškinių, kurie neatitinka proceso reikalavimų.
CW lazerinio suvirinimo privalumai
1. Metalografiniu požiūriu: kaip parodyta kairiajame paveikslėlyje, QCW impulsinis suvirinimas priklauso metalografiniam sujungimui, o viršutinė dažnio riba dažniausiai yra apie 500 Hz. Persidengimo greitis yra mažas, efektyvus lydymosi gylis yra mažas, persidengimo greitis yra didelis, greičio negalima pagerinti, o efektyvumas yra mažas; Nepertraukiamasis lazeris gali užtikrinti efektyvų ir nenutrūkstamą suvirinimą pasirinkus lazerius su skirtingo šerdies skersmeniu ir suvirinimo jungtimis, o nuolatinis lazeris kai kuriais atvejais yra stabilesnis, kai keliami aukšti sandarinimo reikalavimai;
2. Šilumos poveikio laipsnio požiūriu: suvirinant QCW impulsiniu lazeriniu pluoštu yra sutapimo greičio problema, o suvirinimo siūlė pakartotinai kaitinama. Kadangi vieną kartą suvirinus metalo ir netauriojo metalo metalografinė fazė skirsis, o dislokacijos dydis skiriasi, aušinimo greitis po perlydymo gali būti nevienodas, todėl nesunku sukelti įtrūkimus, tačiau šio reiškinio nenutrūkstama. suvirinimas lazeriu;
3. Derinimo sunkumų požiūriu: QCW impulsiniam lazeriui reikia derinti impulsų pasikartojimo dažnį, didžiausią galią, impulso plotį, darbo ciklą, impulso energiją, vidutinę galią, didžiausios galios tankį, energijos tankį, defokusavimo kiekį ir kt. Nepertraukiamas lazeris turi sutelkti dėmesį tik į bangos formą, greitį, galią ir defokusavimą, o tai yra gana paprasta.
QCW lazerio santrauka: Du pagrindiniai privalumai: didžiausia galia, mažas šilumos įvedimas ir nedidelė ruošinio deformacija.
Kadangi impulso trukmė yra trumpa (dažniausiai kelios milisekundės), į detalę patenkanti šiluma yra minimali, todėl rekomenduojama naudoti impulsinį lazerinį suvirinimą aplink šilumos jutiklį ir itin plonų sienelių medžiagas. Tuo pačiu metu dėl didelio energijos kiekio, perduodamos impulso pradžioje, impulsinis lazerinis suvirinimas dažnai tinka atspindinčiam metalui. Paprastai vadinamas „patobulintu impulsu“, galios šuolis impulso ciklo pradžioje trunka tik nedidelę visos impulso trukmės dalį. Tačiau jo galios pakanka, kad prasiskverbtų pro medžiagos atspindį, išlaikant mažesnę vidutinę galią ir taip sumažinant šilumą. CW lazeriai turi tiekti daug energijos, kad būtų galima sujungti labai atspindinčius metalus, o susidariusi šiluma gali lengvai sugadinti juose esančias dalis ar komponentus. CW nuolatinės bangos lazerinis suvirinimas dažniausiai yra didelės galios lazeris, kurio galia viršija 500 vatų. Paprastai tariant, tokio tipo lazeris turėtų būti naudojamas 1 mm ar didesnio storio plokštėms. Suvirinimo mechanizmas yra gilaus įsiskverbimo suvirinimas, pagrįstas rakto skylutės efektu, su dideliu kraštinių santykiu, viršijančiu 8:1, tačiau santykinai dideliu šilumos įvedimu.
Galiausiai, dėl lazerinių technologijų pažangos, taip pat yra nepertraukiamo lazerio moduliavimo technologija, skirta nepertraukiamų lazerių impulsiniam suvirinimui, taip pat QCW lazerių aukšto dažnio impulsiniam suvirinimui.
Apskritai tiek CW lazeriai, tiek QCW lazeriai turi savo privalumų ir trūkumų, atsižvelgiant į konkretų pritaikymą. CW lazeriai tinka toms programoms, kurioms reikalingas nuolatinis šviesos spindulys, o QCW lazeriai tinka programoms, kurioms reikia trumpų didelės energijos impulsų. Todėl, norint pasiekti geriausių rezultatų, svarbu pasirinkti tinkamą lazerio tipą jūsų konkrečiai programai.