تفاوت بین لیزر پیوسته (CW) و لیزر شبه پیوسته (QCW) چیست؟

لیزرهای موج پیوسته (CW) و لیزرهای موج شبه پیوسته (QCW) دو نوع لیزر هستند که معمولاً در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. لیزرهای CW یک پرتوی پیوسته از نور ساطع می کنند، در حالی که لیزرهای QCW یک سری پالس های کوتاه را منتشر می کنند. در اینجا برخی از تفاوت های این دو نوع لیزر آورده شده است:

تفاوت بین CW و QCW

لیزر CW: CW مخفف عبارت Continuous wave است که به معنای لیزر موج پیوسته است. خروجی لیزر را از طریق انرژی تحریک مداوم به دست می آورد، به این معنی که لیزر تا زمانی که متوقف شود روشن می ماند. لیزرهای CW معمولاً قدرت پیک کمتر و توان متوسط ​​بالاتری دارند.

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، لیزر پیوسته به لیزری اطلاق می شود که می تواند به طور مداوم و پیوسته نور ساطع کند که در مجموع به عنوان لیزر پیوسته شناخته می شود. به طور کلی، برش فلزات و جوشکاری آلومینیوم مس، لیزرهای پیوسته هستند که بیشترین کاربرد را دارند. پارامترهای اصلی برای اشکال زدایی فرآیند لیزری پیوسته عبارتند از: شکل موج توان، مقدار تمرکززدایی، نقطه قطر هسته و سرعت.

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، نمودار شماتیک توزیع انرژی گاوسی لیزر پیوسته تک حالته، توزیع انرژی مقطع پرتو لیزر را نشان می دهد. انرژی میانی بالاترین است و محیط پیرامونی به نوبه خود کاهش می یابد و توزیع گاوسی (توزیع نرمال) را نشان می دهد.

QCW مخفف «شبه موج پیوسته» است که به معنای لیزر موج شبه پیوسته است. همانطور که در شکل a از لیزر پالسی نشان داده شده است، لیزر معمولاً فرآیندی از انتشار نور متناوب است. شکل b توزیع انرژی لیزر را نشان می دهد. در مقایسه با لیزرهای پیوسته تک حالته، توزیع انرژی QCW متمرکزتر است، به این معنی که QCW دارای چگالی انرژی بالاتر (قابلیت نفوذ قوی تر) نسبت به لیزرهای پیوسته است. این در جنبه متالوگرافی منعکس می شود، به این معنی که QCW توانایی نفوذ بیشتری دارد. جنبه متالوگرافی تولید شده مشابه یک میخ با نسبت ابعاد بالاتر است. حداکثر قدرت لیزر و چگالی انرژی بالای QCW آن را برای آلیاژهای با مقاومت بالا، مواد حساس به حرارت مناسب می‌سازد. مزایای زیادی در اتصال میکرو وجود دارد. شکل ج نمودار شماتیک جوشکاری لیزر پالسی با فرکانس های مختلف را نشان می دهد. مشاهده می شود که جوشکاری پالسی تقریباً بدون پاشش پایدار است [1].

لیزرهای QCW عمدتاً از فناوری به نام سوئیچینگ Q استفاده می کنند که روشی مؤثر برای به دست آوردن پالس های کوتاه با انرژی بالا است. لیزر پیوسته خروجی عمومی را برای انتشار به پالس های بسیار باریک فشرده می کند و در نتیجه اوج قدرت منبع نور را چندین مرتبه افزایش می دهد. در طول سوئیچینگ Q، قبل از اینکه محیط افزایش انرژی کافی را ذخیره کند، کل تشدید کننده لیزر کاهش حفره بالایی را حفظ می کند. در این زمان، لیزر نمی تواند نوسان لیزری ایجاد کند، زیرا آستانه بسیار بالا است، به طوری که تعداد ذرات سطح بالایی را می توان در مقادیر زیادی جمع کرد. هنگامی که تجمع به مقدار اشباع می رسد، اتلاف حفره به سرعت به مقدار بسیار کمی کاهش می یابد، بنابراین بیشتر انرژی ذخیره شده توسط ذرات سطح بالایی در مدت زمان کوتاهی به انرژی لیزر تبدیل می شود، خروجی پالس لیزر قوی در انتهای خروجی ایجاد می شود. .

به عنوان مثال، یک بادکنک شبیه یک درام گرد را می توان از نازل خود رها کرد و به آرامی و به طور مداوم باد کرد که به آن لیزر پیوسته می گویند. تنظیم مقدار Q به این صورت است که بادکنک را تحت فشار قرار داده و فوراً آن را باد می کنیم، که تقریباً در مورد مداوم و QCW صدق می کند.

شکل 4 a ظاهر میخ آب بندی لیزری CW، ظاهر درز جوش مستقیم، بررسی متالوگرافی مقطع طولی. ظاهر میخ مهر و موم لیزر QCW، ظاهر جوش مستقیم، متالوگرافی مقطع طولی.

اثر جوشکاری لیزری پیوسته در مقابل اثر جوشکاری لیزری شبه پیوسته QCW:

1. ظاهر QCW شبیه به جوشکاری نقطه ای پالس است، با الگوهای فلس ماهی، در حالی که لیزر پیوسته منحنی صاف و پیوسته دارد.

2. ورودی انرژی: ورودی لیزر پیوسته، ورودی متناوب پالس، منعکس شده در متالوگرافی، پیوسته متالوگرافی طولی جوش لیزری پیوسته، فقط نوسانات جزئی، لیزر پالس به وضوح می تواند حفاری لیزر را مانند اتصال متالوگرافی لیزر تک نقطه ای ببیند، هر لیزر مربوط به متالوگرافی به وضوح قابل مشاهده است. ; بنابراین، جوش پیوسته قوی تر از جوشکاری لیزر QCW در استحکام اتصال جوش است.

شکل یک نمودار شماتیک از جوشکاری لیزری CW. شکل b نمودار شماتیک جوشکاری لیزر QCW

مزایای جوشکاری لیزر QCW

1. اجتناب از تأثیر توده ها بر جذب مواد، پایدارتر کردن فرآیند: در طول برهمکنش بین لیزر و مواد، مواد دچار تبخیر شدید می شوند و مخلوطی از بخار فلز، پلاسما و سایر گازها را در بالای حوضچه مذاب تشکیل می دهند. به عنوان ستون های فلزی شناخته می شود. این ستون‌های فلزی از لیزر در برابر رسیدن به سطح مواد محافظت می‌کنند، در نتیجه قدرت لیزر ناپایدار به سطح مواد می‌رسد و در نتیجه نقص‌هایی مانند پاشش، نقاط انفجار و گودال‌ها ایجاد می‌شود. با این حال، جوشکاری پالس QCW با خروجی نور متناوب مشخص می‌شود (5 میلی‌ثانیه خروجی نور، 10 میلی‌ثانیه خروجی نور متناوب، و سپس خروجی نور بعدی)، که تضمین می‌کند که هر ضربه لیزر بر روی سطح ماده تحت تأثیر ستون‌های فلزی قرار نمی‌گیرد. در مقایسه با جوشکاری پایدارتر می شود و در جوشکاری صفحه نازک مزایایی دارد.

2. حوضچه مذاب پایدار: فشار روی سوراخ کلید حوضچه مذاب، مدت طولانی عمل مداوم لیزر، ناحیه بزرگ انتقال حرارت، منطقه بزرگ حوضچه مذاب و فراوانی فلز مایع، حوضچه مذاب جوش مداوم را بسیار بزرگتر می کند. از استخر ذوب لیزر QCW. نقص هایی مانند منافذ، ترک ها و پاشش ها ارتباط نزدیکی با حوضچه مذاب دارند: اگر حوضچه مذاب بزرگ باشد، کشش سطحی حوضچه مذاب با افزایش دما کاهش می یابد و حوضچه مذاب بزرگ بیشتر در معرض فروپاشی سوراخ کلید است، همانطور که نشان داده شده است. در a3; با توجه به انرژی متمرکز تر و زمان عمل کوتاه جوشکاری لیزر QCW، حوضچه مذاب عمدتاً در اطراف سوراخ کلید وجود دارد و نیرو یکنواخت است. نرخ بروز نسبی منافذ، ترک و پاشش کمتر است.

3. منطقه متاثر از حرارت سالر: عمل مداوم لیزر بر روی مواد به طور مداوم گرما را به مواد منتقل می کند و باعث می شود که مواد نازک به شدت مستعد تغییر شکل حرارتی و نقص هایی مانند ترک های ناشی از استرس داخلی شوند. QCW به طور متناوب بر روی مواد اثر می گذارد، به آن زمان خنک شدن می دهد، آن را در منطقه تحت تأثیر گرما و ورودی گرما کوچکتر می کند و آن را برای پردازش مواد نازک مناسب تر می کند. و مواد نزدیک به حسگرهای حرارتی فقط با استفاده از لیزر QCW قابل پردازش هستند.

4. قدرت پیک بالا: با همان توان متوسط ​​لیزرهای پیوسته و QCW، QCW می تواند به اوج قدرت بالاتر، چگالی انرژی بالاتر، عمق ذوب بیشتر و نفوذ قوی تر دست یابد. QCW مزایای بیشتری در جوشکاری آلیاژ مس و ورق آلیاژ آلومینیوم دارد. چگالی انرژی یک لیزر پیوسته با توان متوسط ​​یکسان کمتر از QCW است که ممکن است باعث شود لیزر نتواند آثار جوشکاری روی سطح ماده ایجاد کند و همه آنها منعکس شوند. اگر لیزر بیش از حد بالا باشد، میزان جذب لیزر پس از رسیدن به ذوب شدن مواد به شدت افزایش می‌یابد و گرمای ورودی به طور ناگهانی افزایش می‌یابد و در نتیجه عمق ذوب و ورودی حرارت غیرقابل کنترل می‌شود. نمی توان از آن در جوشکاری صفحه نازک استفاده کرد و ممکن است پدیده هایی از جمله شکست در ایجاد علائم جوشکاری یا سوختن وجود داشته باشد که نمی تواند الزامات فرآیند را برآورده کند.

مزایای جوشکاری لیزر CW

1. از منظر متالوگرافی: همانطور که در شکل سمت چپ نشان داده شده است، جوشکاری پالس QCW متعلق به اتصال متالوگرافیک است و حد فرکانس بالایی عمدتاً در حدود 500 هرتز است. نرخ همپوشانی کم است، عمق ذوب موثر کم است، نرخ همپوشانی زیاد است، سرعت قابل بهبود نیست و راندمان کم است. لیزر پیوسته می تواند جوشکاری کارآمد و پیوسته را از طریق انتخاب لیزرهایی با قطرهای مختلف هسته و اتصالات جوش انجام دهد و لیزر پیوسته در برخی موارد با نیازهای بالا برای آب بندی پایدارتر است.

2. از منظر درجه تأثیر حرارت: مشکل نرخ همپوشانی در جوشکاری پرتو لیزر پالس QCW وجود دارد و درز جوش بارها و بارها گرم می شود. از آنجایی که فاز متالوگرافی فلز و فلز پایه پس از یک بار جوشکاری متفاوت خواهد بود و اندازه نابجایی متفاوت است، ممکن است سرعت سرد شدن پس از ذوب مجدد متناقض باشد که به راحتی باعث ایجاد ترک می شود، اما این پدیده به صورت پیوسته وجود ندارد. جوش لیزری؛

3. از منظر دشواری اشکال زدایی: لیزر پالس QCW به فرکانس تکرار پالس اشکال زدایی، توان پیک، عرض پالس، چرخه وظیفه، انرژی پالس، توان متوسط، چگالی توان اوج، چگالی انرژی، مقدار تمرکززدایی و غیره نیاز دارد. لیزر پیوسته فقط باید بر روی شکل موج، سرعت، قدرت و فوکوس تمرکز کند که نسبتاً ساده است.

خلاصه لیزر QCW: دو مزیت عمده: حداکثر توان، حرارت ورودی کم و تغییر شکل کوچک قطعه کار.

از آنجایی که مدت زمان پالس کوتاه است (معمولاً چندین میلی ثانیه)، گرمای ورودی به قطعه به حداقل می رسد، بنابراین توصیه می شود از جوشکاری لیزری پالسی در اطراف سنسور حرارتی و مواد جدار بسیار نازک استفاده شود. در عین حال، به دلیل مقدار زیادی انرژی که در ابتدای پالس منتقل می شود، جوش لیزری پالسی اغلب برای فلز بازتابی مناسب است. معمولاً به عنوان "پالس تقویت شده" نامیده می شود، افزایش قدرت در ابتدای چرخه پالس تنها برای بخش کوچکی از مدت زمان کل پالس طول می کشد. با این حال، قدرت آن برای شکستن بازتاب مواد در حالی که توان متوسط ​​کمتری دارد، کافی است و در نتیجه گرما را کاهش می دهد. لیزرهای CW باید مقدار زیادی انرژی برای جفت کردن فلزات بسیار بازتابنده فراهم کنند و گرمای تولید شده می تواند به راحتی به قطعات یا اجزای درون آنها آسیب برساند. جوشکاری لیزر موج پیوسته CW عمدتاً لیزری پرقدرت با توان بالای 500 وات است. به طور کلی، این نوع لیزر باید برای صفحات با ضخامت 1 میلی متر یا بیشتر استفاده شود. مکانیسم جوشکاری، جوشکاری با نفوذ عمیق بر اساس اثر سوراخ کلید، با نسبت ابعاد بزرگ بیش از 8:1، اما گرمای ورودی نسبتاً بالا است.

در نهایت، با توجه به پیشرفت فناوری لیزر، فناوری مدولاسیون لیزری پیوسته برای دستیابی به جوشکاری پالس لیزرهای پیوسته و همچنین جوشکاری پالس فرکانس بالا لیزرهای QCW وجود دارد.

به طور کلی، هر دو لیزر CW و لیزر QCW بسته به کاربرد خاص، مزایا و معایب خود را دارند. لیزرهای CW برای کاربردهایی که نیاز به پرتو پیوسته نور دارند مناسب هستند، در حالی که لیزرهای QCW برای کاربردهایی که نیاز به پالس های کوتاه انرژی بالا دارند مناسب هستند. بنابراین، مهم است که نوع مناسب لیزر را برای کاربرد خاص خود انتخاب کنید تا بهترین نتایج را به دست آورید.