Care sunt diferențele dintre laserul continuu (CW) și laserul cvasi-continuu (QCW)?

Laserele cu undă continuă (CW) și laserele cu undă continuă (QCW) sunt două tipuri de lasere care sunt utilizate în mod obișnuit în diverse aplicații. Laserele CW emit un fascicul continuu de lumină, în timp ce laserele QCW emit o serie de impulsuri scurte. Iată câteva dintre diferențele dintre aceste două tipuri de lasere:

Distribuția gaussiană a energiei laserului CW cu un singur{0}mod

Laser CW: CW este abrevierea pentru „undă continuă”, ceea ce înseamnă laser cu undă continuă. Obține ieșire laser prin energie de excitație continuă, ceea ce înseamnă că laserul rămâne aprins până când se oprește. Laserele CW au de obicei o putere de vârf mai mică și o putere medie mai mare.

După cum se arată în Figura 1, laserul continuu se referă la un laser care poate emite lumină în mod continuu și continuu, cunoscut în mod colectiv sub numele de laser continuu. În general, tăierea metalelor obișnuite și sudarea cupru-aluminiu sunt lasere continue, care sunt cele mai utilizate. Parametrii principali pentru depanarea continuă a procesului cu laser includ: forma de undă de putere, cantitatea de defocalizare, spotul diametrului miezului și viteza;

După cum se arată în Figura 2, diagrama schematică a distribuției energiei gaussiene a laserului continuu cu un singur mod arată distribuția energiei secțiunii transversale a unui fascicul laser. Energia medie este cea mai mare, iar periferia scade la rândul ei, arătând o distribuție gaussiană (distribuție normală).

Comparația energiei impulsurilor laser QCW și sudării cu impulsuri

QCW este abrevierea pentru „quasi continuous wave”, ceea ce înseamnă un laser cu undă cvasi-continuă. După cum se arată în Figura a a Laserului în impulsuri, laserul este de obicei un proces de emisie intermitentă de lumină; Figura b prezintă distribuția energiei laser. Comparativ cu laserele continue cu un singur mod, distribuția energiei QCW este mai concentrată, ceea ce înseamnă că QCW are o densitate de energie mai mare (capacitate de penetrare mai puternică) decât laserele continue.

Acest lucru se reflectă în aspectul metalografic, ceea ce înseamnă că QCW are o capacitate de penetrare mai mare. Aspectul metalografic produs este asemanator unei unghii, cu un raport de aspect mai mare. Puterea laser de vârf și densitatea mare de energie a QCW îl fac potrivit pentru aliaje de înaltă rezistență, materiale sensibile la căldură Există avantaje uriașe în microconectivitate; Figura c prezintă schema de sudare a laserului pulsat cu frecvențe diferite. Se poate observa că sudarea prin impuls este relativ stabilă, aproape fără stropi.

Laserele QCW utilizează în principal o tehnologie numită comutare Q-, care este o metodă eficientă pentru a obține impulsuri scurte de-energie mare. Acesta comprimă laserul continuu de ieșire generală în impulsuri extrem de înguste pentru emisie, crescând astfel puterea de vârf a sursei de lumină cu câteva ordine de mărime. În timpul comutării Q-, înainte ca mediul de câștig să stocheze suficientă energie, întregul rezonator laser menține o pierdere mare de cavitate.

Pentru o introducere în regimurile de puls și mai scurte dincolo de comutarea Q-, explorațitehnologie laser ultrarapidă pentru prelucrare de precizie.

În acest moment, laserul nu poate produce oscilații laser, deoarece pragul este prea mare, astfel încât numărul de particule de nivel superior poate fi acumulat în cantități mari. Când acumularea atinge valoarea de saturație, pierderea cavității se reduce rapid la o valoare foarte mică, astfel încât cea mai mare parte a energiei stocate de particulele de nivel superior va fi convertită în energie laser într-un timp scurt, generează o ieșire puternică a impulsului laser la capătul de ieșire.

De exemplu, un balon similar cu un tambur rotund poate fi eliberat din duza sa și dezumflat lent și continuu, ceea ce se numește laser continuu. Ajustarea valorii Q înseamnă a presuriza balonul și a-l umfla instantaneu, ceea ce este aproximativ cazul cu continuu și QCW.

Fig4 a Aspectul cuiului de etanșare cu laser CW, aspectul cusăturii de sudură dreaptă, examinarea metalografică a secțiunii longitudinale; un aspect de unghii de etanșare cu laser QCW, aspect de sudură dreaptă, metalografie în secțiune longitudinală;

Pentru a explora mai profund modul în care această compresie a impulsurilor și densitatea mare de energie afectează microprocesarea reală, puteți citi ghidul nostru cuprinzător despreoptimizarea micro-sudării cu laser cu fibră și alegerea sursei potrivite. Pentru o defalcare de bază a acestei tehnologii, explorați explicația noastră completă aTehnologie laser cvasi-continuă QCW.

1. Aspectul QCW este similar cu sudarea prin puncte cu puls, cu modele de solzi de pește, în timp ce laserul continuu are o curbă netedă și continuă;

2. Intrare de energie: intrare laser continuă, intrare intermitentă a impulsului, reflectată pe metalografie, sudură laser continuă metalografică longitudinală continuă, doar fluctuații ușoare, laserul cu impuls poate vedea clar forajul laser ca un singur punct de îmbinare metalografică laser, fiecare laser metalografic corespunzător vizibil în mod clar; Prin urmare, sudarea continuă este mai puternică decât sudarea cu laser QCW în rezistența îmbinării sudate.

Comparație detaliată a principiilor de sudare cu laser continuă (CW) și cvasi-continuă (QCW)

1. Evitarea influenței penelor asupra absorbției materialului, făcând procesul mai stabil: în timpul interacțiunii dintre laser și material, materialul va suferi o evaporare severă, formând un amestec de vapori de metal, plasmă și alte gaze deasupra bazinului de topire, cunoscute în mod colectiv sub numele de penuri metalice. Aceste pane metalice vor proteja laserul de a ajunge la suprafața materialului, rezultând o putere instabilă a laserului care ajunge la suprafața materialului, ducând la defecte precum stropi, puncte de explozie și gropi; Cu toate acestea, sudarea cu impulsuri a QCW este caracterizată de ieșire de lumină intermitentă (5 ms de ieșire de lumină, 10 ms de ieșire de lumină intermitentă și apoi următoarea ieșire de lumină), ceea ce asigură că fiecare lovitură cu laser pe suprafața materialului nu este afectată de penele metalice, făcând-o mai stabilă în comparație cu sudarea și are avantaje în sudarea plăcilor subțiri.

2. Bazin de topire stabil: stresul asupra găurii de cheie a bazinului de topire, durata lungă a acțiunii continue a laserului, suprafața mare de conducere a căldurii, zona mare a bazinului de topire și abundența de metal lichid fac ca bazinul de topitură de sudare continuă să fie mult mai mare decât piscina de topitură cu laser QCW. Defectele precum porii, fisurile și stropii sunt strâns legate de bazinul topit: dacă bazinul topit este mare, tensiunea superficială a bazinului topit scade odată cu creșterea temperaturii, iar bazinul topit mare este mai predispus la prăbușirea gaurii cheii, așa cum se arată în a3; Datorită energiei mai concentrate și timpului scurt de acțiune al sudării cu laser QCW, piscina topită există în principal în jurul găurii cheii, iar forța este uniformă. Rata relativă de apariție a porilor, fisurilor și stropilor este mai mică.

3. Zona afectată de căldură Saller: acțiunea continuă a laserului asupra materialului transferă în mod continuu căldură materialului, făcând materialul subțire foarte susceptibil la deformare termică și defecte, cum ar fi fisurile cauzate de stresul intern. QCW acționează intermitent asupra materialului, oferindu-i timp de răcire, făcându-l mai mic în zona afectată de căldură și aportul de căldură, făcându-l mai potrivit pentru prelucrarea materialelor subțiri; Iar materialele apropiate de senzorii termici pot fi prelucrate numai cu laser QCW.

4. Putere de vârf ridicată: Cu aceeași putere medie a laserelor continue și QCW, QCW poate obține o putere de vârf mai mare, o densitate de energie mai mare, o adâncime mai mare de topire și o penetrare mai puternică. QCW are mai multe avantaje în sudarea aliajelor de cupru și a foii de aliaj de aluminiu. Densitatea de energie a unui laser continuu cu aceeași putere medie este mai mică decât QCW, ceea ce poate face ca laserul să nu producă semne de sudură pe suprafața materialului și toate acestea să fie reflectate. Dacă laserul este prea mare, rata de absorbție a laserului va crește brusc după ce se obține topirea materialului, iar aportul de căldură va crește brusc, rezultând o adâncime de topire necontrolată și un aport de căldură. Nu poate fi utilizat în sudarea plăcilor subțiri și pot exista fenomene fie de eșec de a produce semne de sudură, fie de ardere, care nu pot îndeplini cerințele procesului.

Comparație detaliată a mecanismelor de sudură cu laser CW și QCW

Datorită acestor caracteristici fără-stropire și stabilitate ridicată-, undele cvasi-continue au revoluționat producția de precizie. Aflați mai multe despre inginerie specifică din spatele acestor sisteme în articolul nostru:Ce este o mașină de sudat cu laser cu fibre QCW?

Deoarece durata pulsului este scurtă (de obicei câteva milisecunde), căldura care intră în piesă este redusă la minimum, de aceea se recomandă utilizarea sudării cu laser în impulsuri în jurul senzorului termic și materiale de perete extrem de subțire. În același timp, din cauza cantității mari de energie transmisă la începutul pulsului, sudarea cu laser în impulsuri este adesea potrivită pentru metalul reflectorizant. Denumită de obicei „puls îmbunătățit”, vârful de putere la începutul ciclului pulsului durează doar o mică parte din durata totală a impulsului. Cu toate acestea, puterea sa este suficientă pentru a sparge reflectivitatea materialului, menținând în același timp o putere medie mai mică, reducând astfel căldura. Laserele CW trebuie să furnizeze o cantitate mare de energie pentru a cupla metale puternic reflectorizante, iar căldura generată poate deteriora cu ușurință piesele sau componentele din interiorul lor. Sudarea cu laser cu undă continuă CW este în mare parte laser de mare-putere cu o putere de peste 500 de wați. În general, acest tip de laser ar trebui utilizat pentru plăci cu o grosime de 1 mm sau mai mult. Mecanismul de sudare este sudarea cu penetrare adâncă bazată pe efectul de gaură a cheii, cu un raport de aspect mare de peste 8:1, dar aport de căldură relativ mare.

În cele din urmă, datorită progresului tehnologiei laser, există și tehnologie de modulare laser continuă pentru a realiza sudarea cu impulsuri a laserelor continue, precum și sudarea cu impulsuri de-înaltă frecvență a laserelor QCW.

În general, atât laserele CW, cât și laserele QCW au avantajele și dezavantajele lor, în funcție de aplicația specifică. Laserele CW sunt potrivite pentru aplicații care necesită un fascicul continuu de lumină, în timp ce laserele QCW sunt potrivite pentru aplicații care necesită impulsuri scurte de energie mare. Prin urmare, este important să alegeți tipul potrivit de laser pentru aplicația dumneavoastră specifică pentru a obține cele mai bune rezultate.

Pentru a compara mai multe surse laser una lângă alta, citiți ghidul nostru pentruavantajele și dezavantajele diferitelor lasereînainte de a alege un sistem.

Indiferent dacă aplicația dvs. necesită puterea de vârf ridicată a unui laser QCW pentru micro-componente delicate sau puterea continuă a unui laser CW standard pentru tăierea metalelor groase, selectarea sistemului industrial potrivit este crucială. Explorați-performanța noastră înaltăAparat de sudat cu laser cu fibracategorie pentru a găsi configurația personalizată perfectă pentru upgrade-ul dvs. de producție.

Alegerea între CW, QCW și alte surse laser pulsate se rezumă la trei întrebări despre procesul dumneavoastră de producție: ce material procesați, cât de gros este și care este prioritatea dvs. între viteză și calitate?

Grosimea materialului și sensibilitatea la căldură.Laserele CW oferă o putere medie constantă, mare, ceea ce le face alegerea naturală pentru plăcile metalice de 1 mm și mai groase. Pentru foile subțiri sub 1 mm sau pentru componentele care stau aproape de elementele sensibile la căldură-, cum ar fi celulele bateriei, senzorii și pachetele electronice, ieșirea intermitentă a unui laser QCW menține aportul de căldură scăzut și previne distorsiunea. Aceeași logică se aplică alegerii între modurile continuu și în impulsuri în general: lățimile lungi ale impulsurilor se potrivesc materialelor groase și tolerante, în timp ce impulsurile scurte, cu vârf-înalte le protejează pe cele subțiri sau delicate.

Reflectivitatea piesei de prelucrat.Metalele foarte reflectorizante, cum ar fi cuprul, aluminiul și aurul reflectă o mare parte a fasciculului incident. Un laser CW trebuie să împingă suficientă putere pentru a trece prin această reflectivitate, care poate supraîncălzi cu ușurință piesa. Un laser QCW își concentrează energia în impulsuri scurte cu o putere de vârf foarte mare, cuplându-se în suprafețe reflectorizante mai fiabil, menținând în același timp puterea medie scăzută. Acesta este motivul pentru care sursele QCW sunt utilizate pe scară largă pentru sudarea tablelor din aliaje de cupru și aluminiu.

Debit versus precizie.Dacă linia dvs. se desfășoară non-stop cu tăiere-plăci groase sau sudură cu penetrare-profundă, puterea medie mare a unui laser CW maximizează debitul. Dacă procesul dvs. necesită un control fin, stropire minimă și o zonă mică-afectată de căldură, o sursă QCW sau pulsată vă oferă precizie la o viteză moderată. Nu există un „cel mai bun” laser universal - sursa potrivită este cea care se potrivește cu materialul, geometria îmbinării sau tăierii și ținta de calitate a aplicației dumneavoastră specifice. Dacă aveți îndoieli, trimiteți mostre furnizorului dvs. de laser pentru o funcționare de probă înainte de a vă angaja la configurarea unei mașini.

Decizia CW-versus-QCW arată diferit în fiecare aplicație laser majoră, iar cele două tehnologii sunt rareori interschimbabile în afara sudării.

Tăiere.Laserele cu undă continuă domină tăierea industrială. Ieșirea lor constantă produce tăieturi netede la viteză mare, iar pentru grosimi de plăci de peste 2–3 mm mecanismul de penetrare adâncă-găurii cheii este în esență un regim CW. Laserele QCW nu sunt folosite pentru tăierea foilor în vrac, dar găsesc o nișă în micro-tăierea foliilor subțiri unde căldura trebuie să rămână localizată.

Sudare.Aceasta este aplicația în care CW și QCW concurează cu adevărat, așa cum este descris în secțiunile de mai sus: CW pentru sudură cu -penetrare adâncă și plăci-groase, QCW pentru foi subțiri, ansambluri sensibile la căldură-și îmbinări reflectorizante din cupru-aluminiu.

Marcare.Laserele cu impulsuri - inclusiv QCW la-capătul scurt al impulsului - domină marcarea laser, deoarece puterea de vârf instantanee vaporizează materialul, în timp ce puterea medie scăzută menține suprafața rece. Sursele CW nu sunt folosite pentru marcarea fină.

Curatenie.Ambele regimuri servesc la curățarea cu laser: laserele cu undă continuă îndepărtează rapid vopseaua, rugina și acoperirile pe suprafețe mari, în timp ce laserele cu pulsații curăță suprafețele delicate cu un control precis. Îndepărtarea la scară largă-de acoperire industrială și îndepărtarea ruginii favorizează, de obicei, regimul continuu, motiv pentru care curățanții laser continui sunt o categorie standard în liniile de producție. Pentru cumpărătorii care evaluează soluții de curățare, amașină de curățare cu laser cu undă continuăeste opțiunea-la pregătire a suprafeței cu-debit mare.

Foraj și micro{0}}procesare.Laserele QCW excelează la găurire și micro{0}}imbinare, deoarece puterea lor de vârf creează găuri adânci și înguste, cu un raport de aspect ridicat, similar cu profilele metalografice în formă de unghii-descrise mai devreme.

Rezultatul: mai întâi mapați aplicația pe această matrice, apoi alegeți sursa. Majoritatea liniilor de producție au mai mult de un tip de laser - o sursă CW pentru lucrările grele și o sursă în impulsuri sau QCW pentru lucrările fine.

CW și QCW sunt doar doi membri ai unei familii mult mai mari de lasere. Înțelegerea locului în care se află vă ajută să luați decizii mai bune de cumpărare și să anticipați încotro se îndreaptă tehnologia.

Familia laserului.La un capăt, laserele continue-de mare putere servesc tăierii și sudării adânci; pe de altă parte, laserele cu impuls-ultrascurt furnizează energie în femtosecunde și picosecunde pentru o microprocesare la rece, fără-deteriorări. Între ele se află surse pulsate, QCW și nanosecunde care acoperă marcarea, găurirea și sudarea fină. Fiecare regim de lățime-puls se mapează la un set distinct de aplicații - cu cât gama dvs. de produse este mai largă, cu atât mai probabil veți avea nevoie de mai multe surse una lângă alta.

Laserele semiconductoare ca blocuri de construcție.Diodele și laserele cu fibră de mare{0}}putere sunt construite din ce în ce mai multtehnologie laser cu semiconductor, care furnizează energia pompei din spatele majorității sistemelor industriale CW și QCW. Pe măsură ce cipurile semiconductoare împing spre luminozitate mai mare și costuri mai mici, ele împing întreaga familie - mai multă putere per dolar, o calitate mai bună a fasciculului și noi lungimi de undă pentru materialele care anterior erau greu de procesat.

De ce procesarea laser continuă să se extindă.În comparație cu metodele convenționale, procesarea cu laser oferă funcționare fără-contact, fără uzură a sculei, flexibilitate programabilă și calitate repetabilă. Cele structuraleavantajele tehnologiei de prelucrare cu laserexplicați de ce fabricile continuă să înlocuiască procesele mecanice, termice și chimice cu soluții laser în industriile tablei, electronice, auto și energie.

Unde merge industria.Piața continuă să se îndrepte către o putere medie mai mare, lățimi de impuls mai scurte și un control mai inteligent al procesului. În urmaanaliza industriei laserpublicat de producătorii de echipamente și de observatorii din industrie este o modalitate practică de a urmări ce tipuri de surse câștigă teren - și de a cronometra următoarea investiție în mașină. Oricare ar fi aplicația dvs., începeți de la material și de la obiectivul de calitate și lăsați datele procesului - nu obișnuința - să aleagă între CW, QCW și pulsat.