Sự khác biệt giữa laser liên tục (CW) và laser gần như liên tục (QCW) là gì?

Laser sóng liên tục (CW) và laser sóng gần như liên tục (QCW) là hai loại laser thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Các tia laser CW phát ra một chùm ánh sáng liên tục, trong khi các tia laser QCW phát ra một loạt các xung ngắn. Dưới đây là một số khác biệt giữa hai loại laser này:

Sự khác biệt giữa CW và QCW

Laser CW: CW là chữ viết tắt của "continuous wave", có nghĩa là laser sóng liên tục. Nó đạt được đầu ra laze thông qua năng lượng kích thích liên tục, nghĩa là tia laze vẫn tiếp tục hoạt động cho đến khi nó dừng lại. Laser CW thường có công suất cực đại thấp hơn và công suất trung bình cao hơn.

Như được hiển thị trong Hình 1, laser liên tục dùng để chỉ một loại laser có thể phát ra ánh sáng liên tục và liên tục, được gọi chung là laser liên tục. Nói chung, cắt kim loại thông thường và hàn nhôm đồng là laser liên tục, được sử dụng rộng rãi nhất. Các thông số chính để gỡ lỗi quy trình laser liên tục bao gồm: dạng sóng công suất, lượng làm mờ, điểm đường kính lõi và tốc độ;

Như được hiển thị trong Hình 2, sơ đồ phân bố năng lượng Gaussian của laser liên tục đơn mode cho thấy sự phân bố năng lượng của mặt cắt ngang của chùm tia laser. Năng lượng ở giữa là cao nhất và ở ngoại vi lần lượt giảm xuống, thể hiện phân phối Gaussian (Phân phối chuẩn).

QCW là chữ viết tắt của "sóng liên tục gần như", có nghĩa là laser sóng gần như liên tục. Như thể hiện trong Hình a của Laser xung, laser thường là một quá trình phát xạ ánh sáng không liên tục; Hình b cho thấy sự phân bố năng lượng laser. So với laser liên tục đơn mode, sự phân bố năng lượng của QCW tập trung hơn, nghĩa là QCW có mật độ năng lượng cao hơn (khả năng xuyên thấu mạnh hơn) so với laser liên tục. Điều này được phản ánh trong khía cạnh kim loại, có nghĩa là QCW có khả năng thâm nhập lớn hơn. Khía cạnh kim loại được tạo ra tương tự như một chiếc đinh, với tỷ lệ khung hình cao hơn. Công suất laser cực đại và mật độ năng lượng cao của QCW làm cho nó phù hợp với các hợp kim có độ bền cao, vật liệu nhạy cảm với nhiệt. Có lợi thế rất lớn trong kết nối vi mô; Hình c cho thấy sơ đồ hàn của Laser xung với các tần số khác nhau. Có thể thấy rằng xung hàn tương đối ổn định và hầu như không có hiện tượng bắn tóe [1].

Laser QCW chủ yếu sử dụng một công nghệ gọi là Q-switching, đây là một phương pháp hiệu quả để thu được các xung ngắn năng lượng cao. Nó nén tia laser liên tục đầu ra chung thành các xung cực hẹp để phát xạ, do đó làm tăng công suất cực đại của nguồn sáng lên vài bậc độ lớn. Trong quá trình Q-switching, trước khi môi trường khuếch đại tích trữ đủ năng lượng, toàn bộ bộ cộng hưởng laze duy trì mức tổn thất khoang cao. Tại thời điểm này, tia laser không thể tạo ra dao động laser vì ngưỡng quá cao, do đó số lượng Hạt cấp trên có thể được tích lũy với số lượng lớn. Khi sự tích lũy đạt đến giá trị bão hòa, tổn thất khoang nhanh chóng giảm xuống một giá trị rất nhỏ, do đó, phần lớn năng lượng được lưu trữ bởi các hạt cấp cao hơn sẽ được chuyển thành năng lượng laser trong thời gian ngắn, tạo ra đầu ra xung laser mạnh ở đầu ra .

Ví dụ, một quả bóng tương tự như một cái trống tròn có thể được thả ra từ vòi của nó và xì hơi từ từ và liên tục, được gọi là tia laser liên tục. Điều chỉnh giá trị Q là tạo áp suất cho quả bóng và thổi phồng nó ngay lập tức, điều này gần như đúng với trường hợp liên tục và QCW.

Hình 4 a Bề ngoài của đinh bịt kín bằng laser CW, bề ngoài của đường hàn thẳng, kiểm tra kim loại của mặt cắt dọc; bề ngoài đóng đinh bằng laser QCW, bề ngoài mối hàn thẳng, luyện kim mặt cắt dọc;

Hiệu ứng hàn laser liên tục so với hiệu ứng hàn laser gần như liên tục QCW:

1. Sự xuất hiện của QCW tương tự như hàn điểm xung, với các mẫu vảy cá, trong khi laser liên tục có đường cong mượt mà và liên tục;

2. Năng lượng đầu vào: đầu vào laser liên tục, đầu vào ngắt quãng xung, phản ánh trên kim loại, hàn laser liên tục kim loại dọc liên tục, chỉ dao động nhẹ, laser xung có thể nhìn thấy rõ ràng việc khoan laser giống như ghép kim loại laser một điểm, có thể nhìn thấy rõ từng kim loại tương ứng laser ; Do đó, hàn liên tục mạnh hơn hàn laser QCW về độ bền của mối hàn.

Hình. Sơ đồ nguyên lý hàn laser CW; Hình b Sơ đồ hàn laser QCW

Ưu điểm của hàn laser QCW

1. Tránh ảnh hưởng của chùm khói đến độ hấp thụ của vật liệu, giúp quá trình ổn định hơn: trong quá trình tương tác giữa tia laser và vật liệu, vật liệu sẽ bị bay hơi nghiêm trọng, tạo thành hỗn hợp hơi kim loại, plasma và các loại khí khác bên trên bể nóng chảy, gọi chung là được gọi là chùm kim loại. Các chùm kim loại này sẽ che chắn không cho tia laser chạm tới bề mặt vật liệu, dẫn đến công suất tia laser chiếu tới bề mặt vật liệu không ổn định, dẫn đến các khuyết tật như vết bắn, điểm nổ và vết rỗ; Tuy nhiên, quá trình hàn xung của QCW được đặc trưng bởi đầu ra ánh sáng không liên tục (đầu ra ánh sáng 5ms, đầu ra ánh sáng ngắt quãng 10ms và sau đó là đầu ra ánh sáng tiếp theo), đảm bảo rằng mỗi tia laser chiếu vào bề mặt vật liệu không bị ảnh hưởng bởi các chùm kim loại, làm cho nó ổn định hơn so với hàn và có lợi thế trong hàn tấm mỏng.

2. Bể nóng chảy ổn định: Ứng suất lên lỗ khóa của bể nóng chảy, thời gian tác động liên tục của laser trong thời gian dài, diện tích dẫn nhiệt lớn, diện tích bể nóng chảy lớn và lượng kim loại lỏng dồi dào làm cho bể hàn liên tục lớn hơn nhiều hơn bể tan chảy laze QCW. Các khuyết tật như lỗ chân lông, vết nứt và vết bắn có liên quan chặt chẽ với bể nóng chảy: nếu bể nóng chảy lớn, sức căng bề mặt của bể nóng chảy giảm khi nhiệt độ tăng và bể nóng chảy lớn dễ bị sập lỗ khóa hơn, như được hiển thị trong a3; Do năng lượng tập trung hơn và thời gian tác dụng ngắn của hàn laser QCW, vũng nóng chảy chủ yếu tồn tại xung quanh lỗ khóa và lực đồng đều. Tỷ lệ xuất hiện tương đối của lỗ chân lông, vết nứt và vết nứt thấp hơn.

3. Vùng ảnh hưởng nhiệt Saller: tia laser liên tục tác động lên vật liệu truyền nhiệt liên tục cho vật liệu, làm cho vật liệu mỏng rất dễ bị biến dạng nhiệt và các khuyết tật như vết nứt do ứng suất bên trong. QCW tác động không liên tục lên vật liệu, giúp vật liệu có thời gian làm mát, làm cho vật liệu nhỏ hơn trong vùng ảnh hưởng nhiệt và đầu vào nhiệt, giúp vật liệu phù hợp hơn để xử lý vật liệu mỏng; Và các vật liệu gần cảm biến nhiệt chỉ có thể được xử lý bằng laser QCW.

4. Công suất cực đại cao: Với cùng công suất trung bình của laser liên tục và QCW, QCW có thể đạt được công suất cực đại cao hơn, mật độ năng lượng cao hơn, độ sâu nóng chảy lớn hơn và khả năng xuyên thấu mạnh hơn. QCW có nhiều lợi thế hơn trong việc hàn tấm hợp kim đồng và hợp kim nhôm. Mật độ năng lượng của tia laser liên tục có cùng công suất trung bình thấp hơn QCW, điều này có thể khiến tia laser không tạo ra các vết hàn trên bề mặt vật liệu và tất cả chúng đều bị phản xạ. Nếu laser quá cao, tốc độ hấp thụ của laser sẽ tăng mạnh sau khi đạt được sự nóng chảy của vật liệu và nhiệt đầu vào sẽ tăng đột ngột, dẫn đến độ sâu nóng chảy và nhiệt đầu vào không thể kiểm soát được. Nó không thể được sử dụng trong hàn tấm mỏng, và có thể xảy ra hiện tượng không tạo ra vết hàn hoặc cháy xuyên qua, không thể đáp ứng các yêu cầu của quy trình.

Ưu điểm của hàn laser CW

1. Từ góc độ kim loại: như thể hiện trong hình bên trái, hàn xung QCW thuộc về nối kim loại và giới hạn tần số trên chủ yếu là khoảng 500Hz. Tỷ lệ chồng chéo thấp, độ sâu nóng chảy hiệu quả nông, tỷ lệ chồng chéo cao, tốc độ không thể cải thiện và hiệu quả thấp; Laser liên tục có thể thực hiện hàn liên tục và hiệu quả thông qua việc lựa chọn các loại laser có đường kính lõi và mối hàn khác nhau, và laser liên tục ổn định hơn trong một số trường hợp có yêu cầu cao về niêm phong;

2. Từ góc độ mức độ tác động nhiệt: có vấn đề về tốc độ chồng chéo trong hàn chùm tia Laser xung QCW và đường hàn được nung nóng nhiều lần. Do pha kim loại của kim loại và kim loại cơ bản sẽ khác nhau sau khi hàn một lần và kích thước của sự sai lệch là khác nhau, tốc độ làm mát có thể không nhất quán sau khi nấu chảy lại, dễ gây ra vết nứt, nhưng hiện tượng này không tồn tại trong quá trình hàn liên tục. Hàn laser;

3. Từ góc độ khó gỡ lỗi: Laser xung QCW yêu cầu tần số lặp lại xung gỡ lỗi, công suất cực đại, độ rộng xung, chu kỳ hoạt động, năng lượng xung, công suất trung bình, mật độ công suất cực đại, mật độ năng lượng, lượng lệch tâm, v.v.; Laser liên tục chỉ cần tập trung vào dạng sóng, tốc độ, công suất và độ lệch, điều này tương đối đơn giản.

Tóm tắt về laser QCW: Hai ưu điểm chính: công suất cực đại, đầu vào nhiệt thấp và biến dạng phôi nhỏ.

Do thời lượng xung ngắn (thường là vài mili giây), nhiệt đi vào bộ phận được giảm thiểu, do đó nên sử dụng hàn laser xung quanh cảm biến nhiệt và vật liệu thành cực mỏng. Đồng thời, do lượng năng lượng lớn được truyền vào đầu xung, hàn laser xung thường phù hợp với kim loại phản xạ. Thường được gọi là "xung tăng cường", công suất tăng đột biến ở đầu chu kỳ xung chỉ kéo dài trong một phần nhỏ của tổng thời lượng xung. Tuy nhiên, công suất của nó đủ để vượt qua khả năng phản xạ của vật liệu trong khi vẫn duy trì công suất trung bình thấp hơn, do đó làm giảm nhiệt. Laser CW phải cung cấp một lượng năng lượng lớn để ghép các kim loại có độ phản xạ cao và nhiệt sinh ra có thể dễ dàng làm hỏng các bộ phận hoặc bộ phận bên trong chúng. Hàn laser sóng liên tục CW chủ yếu là laser công suất cao với công suất trên 500 watt. Nói chung, loại laser này nên được sử dụng cho các tấm có độ dày từ 1 mm trở lên. Cơ chế hàn là hàn ngấu sâu dựa trên hiệu ứng lỗ khóa, với tỷ lệ khung hình lớn trên 8:1, nhưng nhiệt lượng tỏa ra tương đối cao.

Cuối cùng, do sự tiến bộ của công nghệ laser, cũng có công nghệ điều chế laser liên tục để đạt được khả năng hàn xung của laser liên tục, cũng như hàn xung tần số cao của laser QCW.

Nhìn chung, cả laser CW và laser QCW đều có những ưu điểm và nhược điểm, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể. Laser CW phù hợp với các ứng dụng yêu cầu chùm ánh sáng liên tục, trong khi laser QCW phù hợp với các ứng dụng yêu cầu xung ngắn năng lượng cao. Do đó, điều quan trọng là chọn đúng loại tia laser cho ứng dụng cụ thể của bạn để đạt được kết quả tốt nhất.