Laser CW e laser QCW nella saldatura

Caratteristiche di distribuzione dell'energia

Un attributo notevole dei laser CW è la loro distribuzione di energia gaussiana, in cui la distribuzione di energia di una sezione trasversale di un raggio laser diminuisce dal centro verso l'esterno in un modello gaussiano (distribuzione normale). Questa caratteristica di distribuzione consente ai laser CW di ottenere precisione di focalizzazione estremamente elevata ed efficienza di elaborazione, in particolare nelle applicazioni che richiedono una distribuzione di energia concentrata.

Diagramma di distribuzione dell'energia laser CW

Vantaggi della saldatura laser a onda continua (CW)

Prospettiva microstrutturale

L'esame della microstruttura dei metalli rivela distinti vantaggi della saldatura laser a onda continua (CW) sulla saldatura a impulsi a onde quasi-continue (QCW). La saldatura a impulsi QCW, vincolata dal suo limite di frequenza, in genere circa 500Hz, rischia un compromesso tra il tasso di sovrapposizione e la profondità di penetrazione. Una bassa velocità di sovrapposizione provoca una profondità insufficiente, mentre un tasso di sovrapposizione elevato limita la velocità di saldatura, riducendo l'efficienza. Al contrario, la saldatura laser CW, attraverso la selezione di diametri del nucleo laser appropriati e teste di saldatura, raggiunge una saldatura efficiente e continua. Questo metodo si rivela particolarmente affidabile nelle applicazioni che richiedono un'elevata integrità del sigillo.

Considerazione dell'impatto termico

Dal punto di vista dell'impatto termico, la saldatura laser a impulsi QCW soffre della questione della sovrapposizione, portando al riscaldamento ripetuto della cucitura della saldatura. Ciò può introdurre incoerenze tra la microstruttura del metallo e il materiale principale, comprese le variazioni delle dimensioni della dislocazione e delle velocità di raffreddamento, aumentando così il rischio di crack. La saldatura laser CW, d'altra parte, evita questo problema fornendo un processo di riscaldamento più uniforme e continuo.

Facilità di regolazione

In termini di funzionamento e regolazione, la saldatura laser QCW richiede una messa a punto meticolosa di diversi parametri, tra cui la frequenza di ripetizione dell'impulso, la potenza di picco, la larghezza dell'impulso, il ciclo di lavoro e altro ancora. La saldatura laser CW semplifica il processo di regolazione, concentrandosi principalmente sulla forma d'onda, velocità, potenza e quantità di defocus, facilitando significativamente la difficoltà operativa.

Progresso tecnologico nella saldatura laser CW

Mentre la saldatura laser QCW è nota per la sua alta potenza di picco e bassa input termico, benefico per i componenti sensibili al calore e materiali estremamente sottili, i progressi nella tecnologia di saldatura laser CW, in particolare per le applicazioni ad alta potenza (in genere al di sopra di 500 watt) e la saldatura di penetrazione profonda in base all'effetto del buco della chiave, hanno ampliato in modo significativo la sua intervallo e l'efficienza. Questo tipo di laser è particolarmente adatto per i materiali più spessi di 1 mm, raggiungendo elevati rapporti di aspetto (oltre 8: 1) nonostante un input di calore relativamente elevato.

Saldatura laser a onda quasi continue (QCW)

Distribuzione dell'energia focalizzata

QCW, in piedi per "onda quasi-continuo", rappresenta una tecnologia laser in cui il laser emette luce in modo discontinuo, come illustrato nella Figura A. A differenza della distribuzione uniforme dell'energia dei laser continui a modalità singola, i laser QCW concentrano la loro energia in modo più denso. Questa caratteristica concede ai laser QCW una densità energetica superiore, che si traduce in capacità di penetrazione più forti. L'effetto metallurgico risultante è simile a una forma "unghie" con un significativo rapporto profondità-larghezza, consentendo ai laser QCW di eccellere nelle applicazioni che coinvolgono leghe ad alta riflessione, materiali sensibili al calore e micro-calo di precisione.

Stabilità migliorata e interferenza del pennacchio ridotta

Uno dei vantaggi pronunciati della saldatura laser QCW è la sua capacità di mitigare gli effetti del pennacchio metallico sul tasso di assorbimento del materiale, portando a un processo più stabile. Durante l'interazione laser-materiale, l'intensa evaporazione può creare una miscela di vapore metallico e plasma sopra la piscina di fusione, comunemente indicata come un pennacchio di metallo. Questo pennacchio può proteggere la superficie del materiale dal laser, causando erogazione di potenza instabile e difetti come schizzi, punti di esplosione e fosse. Tuttavia, l'emissione intermittente dei laser QCW (ad esempio, uno scoppio di 5ms seguito da una pausa di 10 ms) garantisce che ogni impulso laser raggiunga la superficie del materiale non influenzata dal pennacchio di metallo, risultando in un processo di saldatura notevolmente stabile, in particolare vantaggioso per la saldatura a tela sottile.

Dinamica della piscina di fusione stabile

Le dinamiche del pool di fusione, in particolare in termini di forze che agiscono sul buco della serratura, sono cruciali per determinare la qualità della saldatura. I laser continui, a causa della loro esposizione prolungata e delle zone più grandi colpite dal calore, tendono a creare pozze di fusione più grandi piene di metallo liquido. Ciò può portare a difetti associati a grandi pool di fusione, come il collasso del buco della serratura. Al contrario, l'energia focalizzata e il tempo di interazione più breve della saldatura laser QCW concentrano la piscina di fusione attorno al buco della serratura, con conseguente distribuzione della forza più uniforme e una minore incidenza di porosità, cracking e schizzi.