Làser CW i làser QCW en soldadura

Característiques de distribució d'energia

Un atribut notable dels làsers CW és la seva distribució d'energia gaussiana, on la distribució d'energia de la secció transversal d'un feix làser disminueix des del centre cap a fora en un patró gaussià (distribució normal). Aquesta característica de distribució permet als làsers CW aconseguir una precisió d'enfocament i una eficiència de processament extremadament altes, especialment en aplicacions que requereixen un desplegament d'energia concentrada.

Diagrama de distribució d'energia làser CW

Avantatges de la soldadura làser d'ona contínua (CW).

Perspectiva microestructural

L'examen de la microestructura dels metalls revela diferents avantatges de la soldadura làser d'ona contínua (CW) sobre la soldadura per pols d'ona quasi contínua (QCW). La soldadura per pols QCW, limitada pel seu límit de freqüència, normalment al voltant de 500 Hz, s'enfronta a un compromís entre la velocitat de superposició i la profunditat de penetració. Una taxa de solapament baixa resulta en una profunditat insuficient, mentre que una taxa de solapament alta restringeix la velocitat de soldadura, reduint l'eficiència. En canvi, la soldadura làser CW, mitjançant la selecció de diàmetres de nucli làser i capçals de soldadura adequats, aconsegueix una soldadura eficient i contínua. Aquest mètode demostra ser especialment fiable en aplicacions que requereixen una alta integritat de segellat.

Consideració d'impacte tèrmic

Des del punt de vista de l'impacte tèrmic, la soldadura per làser de pols QCW pateix el problema de la superposició, que provoca un escalfament repetit de la costura de soldadura. Això pot introduir inconsistències entre la microestructura del metall i el material original, incloses les variacions en les mides de la dislocació i les velocitats de refredament, augmentant així el risc d'esquerdes. La soldadura làser CW, en canvi, evita aquest problema proporcionant un procés d'escalfament més uniforme i continu.

Facilitat d'ajust

Pel que fa a l'operació i l'ajust, la soldadura làser QCW requereix un ajustament meticulós de diversos paràmetres, com ara la freqüència de repetició del pols, la potència màxima, l'amplada del pols, el cicle de treball i molt més. La soldadura làser CW simplifica el procés d'ajust, centrant-se principalment en la forma d'ona, la velocitat, la potència i la quantitat de desenfocament, reduint significativament la dificultat operativa.

Progrés tecnològic en soldadura làser CW

Tot i que la soldadura làser QCW és coneguda per la seva gran potència màxima i la seva baixa aportació tèrmica, beneficiosa per soldar components sensibles a la calor i materials de paret extremadament primes, els avenços en la tecnologia de soldadura làser CW, especialment per a aplicacions d'alta potència (normalment per sobre de 500 watts) i La soldadura de penetració profunda basada en l'efecte forat de la clau, ha ampliat significativament el seu rang d'aplicació i eficiència. Aquest tipus de làser és especialment adequat per a materials de més d'1 mm de gruix, aconseguint relacions d'aspecte elevades (més de 8:1) malgrat l'entrada de calor relativament alta.

Soldadura per làser d'ona quasi contínua (QCW).

Distribució d'energia enfocada

QCW, que significa "ona quasi contínua", representa una tecnologia làser on el làser emet llum de manera discontínua, tal com es mostra a la figura a. A diferència de la distribució uniforme d'energia dels làsers continus monomode, els làsers QCW concentren la seva energia de manera més densa. Aquesta característica atorga als làsers QCW una densitat d'energia superior, que es tradueix en capacitats de penetració més fortes. L'efecte metal·lúrgic resultant és semblant a una forma d'"ungla" amb una proporció important de profunditat a amplada, cosa que permet als làsers QCW excel·lir en aplicacions que impliquen aliatges d'alta reflectància, materials sensibles a la calor i microsoldadura de precisió.

Estabilitat millorada i interferència de plomall reduïda

Un dels avantatges pronunciats de la soldadura làser QCW és la seva capacitat per mitigar els efectes del plomall metàl·lic sobre la taxa d'absorció del material, donant lloc a un procés més estable. Durant la interacció làser-material, l'evaporació intensa pot crear una barreja de vapor metàl·lic i plasma per sobre de la piscina de fusió, comunament denominada ploma metàl·lica. Aquest plomall pot protegir la superfície del material del làser, provocant un subministrament d'energia inestable i defectes com esquitxades, punts d'explosió i fosses. Tanmateix, l'emissió intermitent de làsers QCW (per exemple, una ràfega de 5 ms seguida d'una pausa de 10 ms) garanteix que cada pols làser arribi a la superfície del material sense ser afectat per la ploma metàl·lica, donant lloc a un procés de soldadura notablement estable, especialment avantatjós per a la soldadura de làmina prima.

Dinàmica estable de la piscina de fusió

La dinàmica de la piscina de fusió, especialment pel que fa a les forces que actuen sobre el forat de la pany, és crucial per determinar la qualitat de la soldadura. Els làsers continus, a causa de la seva exposició prolongada i les zones més grans afectades per la calor, tendeixen a crear piscines de fusió més grans plenes de metall líquid. Això pot provocar defectes associats a grans piscines de fusió, com el col·lapse del forat. En canvi, l'energia enfocada i el temps d'interacció més curt de la soldadura làser QCW concentren la piscina de fusió al voltant del forat de la clau, donant lloc a una distribució de força més uniforme i una menor incidència de porositat, esquerdes i esquitxades.