เลเซอร์ต่อเนื่อง (CW) และเลเซอร์กึ่งต่อเนื่อง (QCW) แตกต่างกันอย่างไร?

เลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง (CW) และเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องเสมือน- (QCW) เป็นเลเซอร์สองประเภทที่ใช้กันทั่วไปในการใช้งานต่างๆ เลเซอร์ CW ​​ปล่อยลำแสงต่อเนื่อง ในขณะที่เลเซอร์ QCW ปล่อยชุดพัลส์สั้น นี่คือข้อแตกต่างบางประการระหว่างเลเซอร์ทั้งสองประเภทนี้:

การกระจายพลังงานแบบเกาส์เซียนของเลเซอร์ CW ​​โหมด-เดี่ยว

เลเซอร์ CW: CW เป็นตัวย่อของ "คลื่นต่อเนื่อง" ซึ่งหมายถึงเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง สามารถส่งเลเซอร์ออกมาได้ผ่านพลังงานกระตุ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่าเลเซอร์จะยังคงเปิดอยู่จนกว่าจะหยุด โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ CW ​​จะมีกำลังสูงสุดต่ำกว่าและมีกำลังเฉลี่ยสูงกว่า

ดังแสดงในรูปที่ 1 เลเซอร์ต่อเนื่องหมายถึงเลเซอร์ที่สามารถปล่อยแสงได้อย่างต่อเนื่องและต่อเนื่อง ซึ่งเรียกรวมกันว่าเลเซอร์ต่อเนื่อง โดยทั่วไปแล้ว การตัดโลหะทั่วไปและการเชื่อมอลูมิเนียมทองแดงเป็นเลเซอร์ต่อเนื่องซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด พารามิเตอร์หลักสำหรับการแก้ไขข้อบกพร่องของกระบวนการเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง ได้แก่ รูปคลื่นกำลัง จำนวนการพร่ามัว จุดเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง และความเร็ว

ดังที่แสดงในรูปที่ 2 แผนผังการกระจายพลังงานแบบเกาส์เซียนของเลเซอร์ต่อเนื่องโหมดเดี่ยว- แสดงการกระจายพลังงานของหน้าตัดของลำแสงเลเซอร์ พลังงานตรงกลางจะสูงที่สุด และบริเวณรอบนอกจะลดลงตามลำดับ โดยแสดงการแจกแจงแบบเกาส์เซียน (การแจกแจงแบบปกติ)

การเปรียบเทียบพลังงานพัลส์เลเซอร์ QCW และการเชื่อมแบบพัลส์

QCW เป็นตัวย่อของ "คลื่นต่อเนื่องเสมือน" ซึ่งหมายถึงเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องเสมือน ดังที่แสดงในรูป a ของพัลซ์เลเซอร์ เลเซอร์มักเป็นกระบวนการปล่อยแสงเป็นระยะ รูปที่ b แสดงการกระจายพลังงานเลเซอร์ เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ต่อเนื่องโหมดเดี่ยว การกระจายพลังงานของ QCW มีความเข้มข้นมากกว่า ซึ่งหมายความว่า QCW มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า (ความสามารถในการเจาะทะลุที่แข็งแกร่ง) มากกว่าเลเซอร์ต่อเนื่อง

สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในด้านโลหะวิทยา ซึ่งหมายความว่า QCW มีความสามารถในการเจาะทะลุที่มากขึ้น ลักษณะทางโลหะวิทยาที่สร้างขึ้นจะคล้ายกับตะปู โดยมีอัตราส่วนภาพที่สูงกว่า กำลังเลเซอร์สูงสุดและความหนาแน่นพลังงานสูงของ QCW ทำให้เหมาะสำหรับโลหะผสมที่มีความต้านทานสูง วัสดุที่ไวต่อความร้อน มีข้อดีอย่างมากในการเชื่อมต่อแบบไมโคร รูปที่ c แสดงแผนผังการเชื่อมของเลเซอร์พัลซ์ที่มีความถี่ต่างกัน จะเห็นได้ว่าการเชื่อมแบบพัลส์ค่อนข้างเสถียรแทบไม่มีสะเก็ดเลย

เลเซอร์ QCW ส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่าสวิตช์ Q- ซึ่งเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการรับพัลส์พลังงานสั้นที่มีพลังงานสูง- โดยจะบีบอัดเลเซอร์ต่อเนื่องเอาท์พุตทั่วไปให้เป็นพัลส์ที่แคบมากเพื่อการแผ่รังสี ซึ่งจะเป็นการเพิ่มกำลังสูงสุดของแหล่งกำเนิดแสงตามขนาดหลายระดับ ในระหว่างการเปลี่ยน Q- ก่อนที่ตัวกลางเกนจะเก็บพลังงานเพียงพอ ตัวสะท้อนเลเซอร์ทั้งหมดจะรักษาการสูญเสียช่องสัญญาณไว้สูง ในขณะนี้ เลเซอร์ไม่สามารถสร้างการแกว่งของเลเซอร์ได้เนื่องจากเกณฑ์สูงเกินไป จึงสามารถสะสมจำนวนอนุภาคระดับบนในปริมาณมากได้ เมื่อการสะสมถึงค่าความอิ่มตัว การสูญเสียช่องจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเหลือค่าที่น้อยมาก ดังนั้นพลังงานส่วนใหญ่ที่อนุภาคระดับบนเก็บไว้จะถูกแปลงเป็นพลังงานเลเซอร์ในเวลาอันสั้น สร้างเอาต์พุตพัลส์เลเซอร์แรงที่ปลายเอาต์พุต

ตัวอย่างเช่น บอลลูนที่มีลักษณะคล้ายถังกลมสามารถถูกปล่อยออกจากหัวฉีดและปล่อยลมออกอย่างช้าๆ และต่อเนื่อง ซึ่งเรียกว่าเลเซอร์ต่อเนื่อง การปรับค่า Q คือการเพิ่มแรงดันบอลลูนและขยายตัวทันที ซึ่งเป็นกรณีโดยประมาณที่มีความต่อเนื่องและ QCW

รูปที่ 4 ลักษณะของตะปูปิดผนึกด้วยเลเซอร์ CW ​​ลักษณะของรอยเชื่อมตรง การตรวจสอบทางโลหะวิทยาของส่วนตามยาว ลักษณะเล็บปิดผนึกด้วยเลเซอร์ QCW, ลักษณะการเชื่อมตรง, โลหะวิทยาส่วนตามยาว;

หากต้องการเจาะลึกว่าการบีบอัดพัลส์และความหนาแน่นของพลังงานสูงส่งผลต่อการประมวลผลระดับไมโครจริงอย่างไร คุณสามารถอ่านคำแนะนำที่ครอบคลุมของเราได้ที่การเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมไมโครไฟเบอร์เลเซอร์-และการเลือกแหล่งที่มาที่เหมาะสม. หากต้องการทราบรายละเอียดพื้นฐานของเทคโนโลยีนี้ โปรดอ่านคำอธิบายทั้งหมดของเราQCW เสมือน-เทคโนโลยีเลเซอร์ต่อเนื่อง.

1. ลักษณะของ QCW นั้นคล้ายคลึงกับการเชื่อมจุดแบบพัลส์โดยมีรูปแบบเกล็ดปลา ในขณะที่เลเซอร์ต่อเนื่องมีเส้นโค้งที่ราบรื่นและต่อเนื่อง

2. การป้อนพลังงาน: การป้อนเลเซอร์แบบต่อเนื่อง, การป้อนข้อมูลแบบไม่ต่อเนื่องของพัลส์, สะท้อนให้เห็นบนโลหะวิทยา, การเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องตามยาวของโลหะทางโลหะอย่างต่อเนื่อง, ความผันผวนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น, เลเซอร์พัลส์สามารถมองเห็นการเจาะด้วยเลเซอร์ได้อย่างชัดเจนเช่นการประกบโลหะด้วยเลเซอร์จุดเดียว, เลเซอร์แต่ละจุดที่สอดคล้องกันของโลหะที่มองเห็นได้ชัดเจน ดังนั้นการเชื่อมต่อเนื่องจึงมีความแข็งแรงมากกว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์ QCW ในความแข็งแรงของรอยเชื่อม

การเปรียบเทียบโดยละเอียดของหลักการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบต่อเนื่อง (CW) และกึ่ง-ต่อเนื่อง (QCW)

1. หลีกเลี่ยงอิทธิพลของขนนกต่อการดูดกลืนแสงของวัสดุ ทำให้กระบวนการมีเสถียรภาพมากขึ้น: ในระหว่างปฏิกิริยาระหว่างเลเซอร์กับวัสดุ วัสดุจะเกิดการระเหยอย่างรุนแรง ก่อตัวเป็นส่วนผสมของไอโลหะ พลาสมา และก๊าซอื่น ๆ เหนือสระหลอมเหลว หรือเรียกรวมกันว่าขนนกโลหะ ขนนกโลหะเหล่านี้จะป้องกันเลเซอร์ไม่ให้เข้าถึงพื้นผิวของวัสดุ ส่งผลให้พลังงานเลเซอร์ไม่เสถียรที่ไปถึงพื้นผิวของวัสดุ ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น การกระเด็น จุดระเบิด และหลุม อย่างไรก็ตาม การเชื่อมแบบพัลส์ของ QCW มีลักษณะพิเศษคือเอาต์พุตแสงเป็นระยะ (5 ms ของแสงที่ส่องสว่างเป็นช่วง ๆ 10 ms ของแสงที่ไม่สม่ำเสมอ จากนั้นจึงปล่อยแสงถัดไป) ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าเลเซอร์ที่กระทบบนพื้นผิววัสดุแต่ละครั้งจะไม่ได้รับผลกระทบจากพลัมโลหะ ทำให้มีความเสถียรมากกว่าเมื่อเทียบกับการเชื่อมและมีข้อได้เปรียบในการเชื่อมด้วยแผ่นบาง

2. สระหลอมละลายที่เสถียร: ความเครียดบนรูกุญแจของหลอมเหลว ระยะเวลานานของการทำงานของเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง พื้นที่การนำความร้อนขนาดใหญ่ พื้นที่หลอมละลายขนาดใหญ่ และความอุดมสมบูรณ์ของโลหะเหลว ทำให้สระหลอมเหลวสำหรับการเชื่อมแบบต่อเนื่องมีขนาดใหญ่กว่าสระละลายด้วยเลเซอร์ QCW มาก ข้อบกพร่อง เช่น รูพรุน รอยแตก และกระเด็นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสระหลอมเหลว: หากสระหลอมเหลวมีขนาดใหญ่ แรงตึงผิวของสระหลอมเหลวจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และสระหลอมเหลวขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะพังทลายของรูกุญแจมากกว่า ดังแสดงใน a3 เนื่องจากพลังงานที่เข้มข้นกว่าและเวลาดำเนินการสั้นของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ QCW บ่อหลอมเหลวจึงส่วนใหญ่มีอยู่รอบๆ รูกุญแจ และมีแรงสม่ำเสมอ อัตราการเกิดรูขุมขน รอยแตก และสะเก็ดกระจายนั้นสัมพันธ์กันน้อยกว่า

3. โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของ Saller: การกระทำของเลเซอร์อย่างต่อเนื่องบนวัสดุจะถ่ายเทความร้อนไปยังวัสดุอย่างต่อเนื่อง ทำให้วัสดุบางไวต่อการเสียรูปจากความร้อนและข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกที่เกิดจากความเครียดภายใน QCW ดำเนินการกับวัสดุเป็นระยะๆ ทำให้มีเวลาเย็นลง ทำให้มีขนาดเล็กลงในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนและความร้อนเข้า ทำให้เหมาะสำหรับการแปรรูปวัสดุบางมากขึ้น และวัสดุที่อยู่ใกล้กับเซนเซอร์ความร้อนสามารถประมวลผลได้โดยใช้เลเซอร์ QCW เท่านั้น

4. กำลังสูงสุดสูง: ด้วยกำลังเฉลี่ยที่เท่ากันของเลเซอร์ต่อเนื่องและเลเซอร์ QCW ทำให้ QCW สามารถบรรลุกำลังสูงสุดที่สูงขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น ความลึกของการหลอมเหลวที่มากขึ้น และการเจาะทะลุที่แข็งแกร่งขึ้น QCW มีข้อดีมากกว่าในการเชื่อมโลหะผสมทองแดงและแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียม ความหนาแน่นของพลังงานของเลเซอร์ต่อเนื่องที่มีกำลังเฉลี่ยเท่ากันนั้นต่ำกว่า QCW ซึ่งอาจทำให้เลเซอร์ไม่สามารถสร้างรอยเชื่อมบนพื้นผิวของวัสดุและสะท้อนออกไปทั้งหมดได้ หากเลเซอร์สูงเกินไป อัตราการดูดกลืนแสงเลเซอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหลังจากการหลอมวัสดุ และความร้อนที่ป้อนเข้ามาจะเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน ส่งผลให้เกิดความลึกของการหลอมละลายและความร้อนที่ไม่สามารถควบคุมได้ ไม่สามารถใช้ในการเชื่อมแผ่นบางได้ และอาจมีปรากฏการณ์ของความล้มเหลวในการสร้างรอยเชื่อมหรือการเผาไหม้ ซึ่งไม่สามารถตอบสนองความต้องการของกระบวนการได้

การเปรียบเทียบโดยละเอียดของกลไกรูกุญแจในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ CW ​​และ QCW

เนื่องจากคุณลักษณะที่ไม่-กระเด็นและ-ความเสถียรสูงเหล่านี้ คลื่นต่อเนื่องเสมือน-จึงได้ปฏิวัติการผลิตที่มีความแม่นยำ เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิศวกรรมเฉพาะที่อยู่เบื้องหลังระบบเหล่านี้ในบทความของเรา:เครื่องเชื่อมเลเซอร์ไฟเบอร์ QCW คืออะไร?

เนื่องจากระยะเวลาการเต้นของชีพจรสั้น (โดยปกติคือหลายมิลลิวินาที) ความร้อนที่เข้าสู่ชิ้นส่วนจึงลดลง ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลส์รอบๆ เซ็นเซอร์อุณหภูมิและวัสดุผนังที่บางมาก ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากพลังงานจำนวนมากที่ส่งไปที่จุดเริ่มต้นของพัลส์ การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลส์จึงมักเหมาะสำหรับโลหะสะท้อนแสง โดยปกติจะเรียกว่า "พัลส์แบบปรับปรุง" ซึ่งการเพิ่มกำลังที่จุดเริ่มต้นของรอบพัลส์จะคงอยู่เพียงส่วนเล็กๆ ของระยะเวลาพัลส์ทั้งหมดเท่านั้น อย่างไรก็ตาม กำลังของมันเพียงพอที่จะทะลุผ่านการสะท้อนแสงของวัสดุในขณะที่ยังคงรักษากำลังเฉลี่ยที่ต่ำกว่า จึงช่วยลดความร้อนได้ เลเซอร์ CW ​​จะต้องให้พลังงานจำนวนมากแก่โลหะที่มีการสะท้อนแสงสูง และความร้อนที่เกิดขึ้นอาจทำให้ชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบภายในเสียหายได้ง่าย การเชื่อมด้วยเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง CW ส่วนใหญ่จะเป็นเลเซอร์กำลังสูง-ที่มีกำลังมากกว่า 500 วัตต์ โดยทั่วไปแล้ว เลเซอร์ประเภทนี้ควรใช้กับเพลตที่มีความหนาตั้งแต่ 1 มม. ขึ้นไป กลไกการเชื่อมเป็นการเชื่อมแบบเจาะลึกโดยใช้เอฟเฟกต์รูกุญแจ โดยมีอัตราส่วนกว้างยาวมากกว่า 8:1 แต่มีความร้อนค่อนข้างสูง

สุดท้ายนี้ เนื่องจากความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเลเซอร์ จึงมีเทคโนโลยีการปรับด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้การเชื่อมแบบพัลส์ของเลเซอร์แบบต่อเนื่อง รวมถึงการเชื่อมแบบพัลส์ความถี่สูง-ของเลเซอร์ QCW

โดยรวมแล้ว ทั้งเลเซอร์ CW ​​และเลเซอร์ QCW มีข้อดีและข้อเสีย ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ เลเซอร์ CW ​​เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องใช้ลำแสงต่อเนื่อง ในขณะที่เลเซอร์ QCW เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องใช้พัลส์พลังงานสูงสั้นๆ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเลือกประเภทเลเซอร์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะของคุณเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

ไม่ว่าการใช้งานของคุณต้องการกำลังสูงสุดสูงของเลเซอร์ QCW สำหรับส่วนประกอบขนาดเล็ก-ที่ละเอียดอ่อน หรือพลังงานที่ต่อเนื่องของเลเซอร์ CW ​​มาตรฐานสำหรับการตัดโลหะหนา การเลือกระบบอุตสาหกรรมที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญ สำรวจประสิทธิภาพสูง-ของเราเครื่องเชื่อมไฟเบอร์เลเซอร์เพื่อค้นหาการกำหนดค่าแบบกำหนดเองที่สมบูรณ์แบบสำหรับการอัพเกรดการผลิตของคุณ