Làser CW i làser QCW en soldadura

Característiques de la 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 l'exterior 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 avantatges clars de la soldadura làser d'ona contínua (CW) respecte a la soldadura per polsos d'ona quasi contínua (QCW). La soldadura per polsos QCW, restringida pel seu límit de freqüència, normalment al voltant de 500 Hz, s'enfronta a un compromís entre la taxa de superposició i la profunditat de penetració. Una taxa de superposició baixa resulta en una profunditat insuficient, mentre que una taxa de superposició 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 resulta particularment fiable en aplicacions que requereixen una alta integritat del segellat.

Consideració de l'impacte tèrmic

Des del punt de vista de l'impacte tèrmic, la soldadura làser per polsos 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 base, incloent-hi variacions en les mides de les dislocacions i les velocitats de refredament, augmentant així el risc d'esquerdament. La soldadura làser CW, en canvi, evita aquest problema proporcionant un procés d'escalfament més uniforme i continu.

Facilitat d'ajust

Pel que fa al funcionament i l'ajust, la soldadura làser QCW requereix un ajustament meticulós de diversos paràmetres, com ara la freqüència de repetició d'impulsos, la potència màxima, l'amplada d'impulsos, el cicle de treball i 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 desenfoque, cosa que facilita significativament la dificultat operativa.

Progrés tecnològic en la soldadura làser CW

Tot i que la soldadura làser QCW és coneguda per la seva alta potència màxima i la baixa aportació tèrmica, beneficiosa per soldar components sensibles a la calor i materials de paret extremadament prima, els avenços en la tecnologia de soldadura làser CW, especialment per a aplicacions d'alta potència (normalment superiors a 500 watts) i la soldadura de penetració profunda basada en l'efecte forat de pany, han ampliat significativament el seu rang d'aplicació i la seva 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 una aportació de calor relativament alta.

Soldadura làser d'ona quasi contínua (QCW)

Distribució d'energia enfocada

QCW, acrònim de "Quasi-Continuous Wave" (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 monomodals, els làsers QCW concentren la seva energia més densament. Aquesta característica atorga als làsers QCW una densitat d'energia superior, que es tradueix en unes capacitats de penetració més fortes. L'efecte metal·lúrgic resultant és similar a una forma de "clau" amb una relació profunditat-amplada significativa, 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 plomes reduïda

Un dels avantatges més destacats de la soldadura làser QCW és la seva capacitat per mitigar els efectes de la columna metàl·lica sobre la taxa d'absorció del material, cosa que porta 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 del dipòsit de fosa, comunament coneguda com a columna metàl·lica. Aquesta columna pot protegir la superfície del material del làser, causant un subministrament de potència inestable i defectes com ara esquitxades, punts d'explosió i forats. Tanmateix, l'emissió intermitent dels 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 columna metàl·lica, cosa que resulta en un procés de soldadura notablement estable, particularment avantatjós per a la soldadura de làmines primes.

Dinàmica estable de la piscina de fusió

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