อะไรคือความแตกต่างระหว่างเลเซอร์ต่อเนื่อง (CW) และเลเซอร์กึ่งต่อเนื่อง (QCW)?

เลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง (CW) และเลเซอร์คลื่นกึ่งต่อเนื่อง (QCW) เป็นเลเซอร์สองประเภทที่ใช้กันทั่วไปในการใช้งานต่างๆ เลเซอร์ CW ​​ปล่อยลำแสงต่อเนื่อง ในขณะที่เลเซอร์ QCW ปล่อยแสงเป็นชุดสั้นๆ นี่คือความแตกต่างบางประการระหว่างเลเซอร์ทั้งสองประเภทนี้:

ความแตกต่างระหว่าง CW และ QCW

เลเซอร์ CW: CW เป็นตัวย่อของ "คลื่นต่อเนื่อง" ซึ่งหมายถึงเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง โดยได้รับเอาต์พุตเลเซอร์ผ่านพลังงานกระตุ้นอย่างต่อเนื่อง หมายความว่าเลเซอร์จะยังคงเปิดอยู่จนกว่าจะหยุดทำงาน โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ CW ​​จะมีกำลังสูงสุดต่ำกว่าและกำลังเฉลี่ยสูงกว่า

ดังแสดงในรูปที่ 1 เลเซอร์แบบต่อเนื่องหมายถึงเลเซอร์ที่สามารถเปล่งแสงได้อย่างต่อเนื่องและต่อเนื่อง รวมเรียกว่า เลเซอร์แบบต่อเนื่อง โดยทั่วไป การตัดโลหะทั่วไปและการเชื่อมอลูมิเนียมทองแดงเป็นเลเซอร์ต่อเนื่องซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ตัวแปรหลักสำหรับการแก้จุดบกพร่องของกระบวนการเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง ได้แก่ รูปคลื่นกำลัง จำนวนการเบลอ ลำแสงเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง และความเร็ว;

ดังแสดงในรูปที่ 2 แผนผังของการกระจายพลังงานแบบเกาส์เซียนของเลเซอร์ต่อเนื่องโหมดเดียวแสดงการกระจายพลังงานของส่วนตัดขวางของลำแสงเลเซอร์ พลังงานตรงกลางมีค่าสูงสุด และรอบนอกจะลดลงตามลำดับ ซึ่งแสดงการแจกแจงแบบเกาส์เซียน (การแจกแจงแบบปกติ)

QCW เป็นตัวย่อของ "คลื่นต่อเนื่องกึ่งเสมือน" ซึ่งหมายถึงเลเซอร์คลื่นกึ่งต่อเนื่อง ดังแสดงในรูป a ของเลเซอร์พัลซิ่ง เลเซอร์มักเป็นกระบวนการปล่อยแสงเป็นช่วงๆ รูปที่ b แสดงการกระจายพลังงานเลเซอร์ เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ต่อเนื่องโหมดเดียว การกระจายพลังงานของ QCW มีความเข้มข้นมากกว่า ซึ่งหมายความว่า QCW มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า (ความสามารถในการเจาะทะลุที่แข็งแกร่งกว่า) กว่าเลเซอร์ต่อเนื่อง สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในด้านโลหะวิทยา ซึ่งหมายความว่า QCW มีความสามารถในการเจาะที่มากกว่า ลักษณะที่ปรากฏของโลหะจะคล้ายกับตะปู โดยมีอัตราส่วนกว้างยาวกว่า กำลังเลเซอร์สูงสุดและความหนาแน่นของพลังงานสูงของ QCW ทำให้เหมาะสำหรับโลหะผสมที่มีความต้านทานสูง วัสดุที่ไวต่อความร้อน มีข้อดีอย่างมากในการเชื่อมต่อแบบไมโคร รูป ค แสดงแผนผังการเชื่อมของเลเซอร์พัลซิ่งที่มีความถี่ต่างกัน จะเห็นได้ว่าการเชื่อมแบบพัลส์ค่อนข้างเสถียรโดยแทบไม่มีการกระเด็น [1]

เลเซอร์ QCW ส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า Q-switching ซึ่งเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการรับพัลส์สั้นพลังงานสูง โดยจะบีบอัดเลเซอร์ต่อเนื่องเอาท์พุตทั่วไปให้เป็นพัลส์ที่แคบมากสำหรับการปล่อย ซึ่งจะเป็นการเพิ่มกำลังสูงสุดของแหล่งกำเนิดแสงหลายลำดับของขนาด ระหว่าง Q-switching ก่อนที่ตัวกลางเกนจะเก็บพลังงานเพียงพอ ตัวสะท้อนเสียงเลเซอร์ทั้งหมดจะรักษาการสูญเสียโพรงสูง ในขณะนี้ เลเซอร์ไม่สามารถสร้างการสั่นของเลเซอร์ได้เนื่องจากเกณฑ์สูงเกินไป จึงสามารถสะสมจำนวนอนุภาคระดับบนในปริมาณมากได้ เมื่อการสะสมถึงค่าความอิ่มตัว การสูญเสียโพรงจะลดลงอย่างรวดเร็วเป็นค่าที่น้อยมาก ดังนั้นพลังงานส่วนใหญ่ที่เก็บไว้โดยอนุภาคระดับบนจะถูกแปลงเป็นพลังงานเลเซอร์ในเวลาอันสั้น สร้างเอาต์พุตพัลส์เลเซอร์แรงที่ปลายเอาต์พุต .

ตัวอย่างเช่น สามารถปล่อยลูกโป่งที่มีลักษณะคล้ายกับดรัมกลมออกจากหัวฉีดและปล่อยลมออกช้าๆ และต่อเนื่อง ซึ่งเรียกว่าเลเซอร์ต่อเนื่อง การปรับค่า Q คือการทำให้บอลลูนมีแรงดันและพองออกทันที ซึ่งประมาณกรณีแบบต่อเนื่องและ QCW

รูปที่ 4 ก ลักษณะของตะปูปิดผนึกด้วยเลเซอร์ CW ​​ลักษณะของรอยเชื่อมตรง การตรวจสอบทางโลหะวิทยาของส่วนตามยาว ลักษณะของเล็บปิดผนึกด้วยเลเซอร์ QCW, ลักษณะรอยเชื่อมตรง, โลหะวิทยาส่วนตามยาว;

เอฟเฟกต์การเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องเทียบกับเอฟเฟกต์การเชื่อมด้วยเลเซอร์กึ่งต่อเนื่อง QCW:

1. ลักษณะที่ปรากฏของ QCW คล้ายกับการเชื่อมจุดพัลส์โดยมีรูปแบบเกล็ดปลา ในขณะที่เลเซอร์แบบต่อเนื่องมีเส้นโค้งที่ราบรื่นและต่อเนื่อง

2. อินพุตพลังงาน: อินพุตเลเซอร์ต่อเนื่อง, อินพุตพัลส์ไม่ต่อเนื่อง, สะท้อนบนโลหะ, เชื่อมเลเซอร์ต่อเนื่องตามยาวแนวโลหะอย่างต่อเนื่อง, ความผันผวนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น, เลเซอร์พัลส์สามารถเห็นการเจาะด้วยเลเซอร์ได้อย่างชัดเจนเช่นการประกบโลหะด้วยเลเซอร์แบบจุดเดียว, เลเซอร์แต่ละอันที่สอดคล้องกันมองเห็นได้ชัดเจน ; ดังนั้นการเชื่อมแบบต่อเนื่องจึงแข็งแรงกว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์ QCW ในด้านความแข็งแรงของรอยเชื่อม

มะเดื่อ แผนผังของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ CW; รูป b แผนผังของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ QCW

ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ QCW

1. หลีกเลี่ยงอิทธิพลของขนนกที่มีต่อการดูดซับของวัสดุ ทำให้กระบวนการมีเสถียรภาพมากขึ้น: ในระหว่างการโต้ตอบระหว่างเลเซอร์และวัสดุ วัสดุจะเกิดการระเหยอย่างรุนแรง เกิดเป็นส่วนผสมของไอโลหะ พลาสมา และก๊าซอื่นๆ ที่อยู่เหนือแอ่งหลอมเหลวรวมกัน เรียกว่าขนนกโลหะ ขนนกโลหะเหล่านี้จะป้องกันเลเซอร์ไม่ให้เข้าถึงพื้นผิววัสดุ ส่งผลให้พลังงานเลเซอร์ที่ไม่เสถียรไปถึงพื้นผิววัสดุ ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น การกระเซ็น จุดระเบิด และหลุม อย่างไรก็ตาม การเชื่อมแบบพัลส์ของ QCW มีลักษณะเฉพาะคือเอาต์พุตแสงที่ไม่ต่อเนื่อง (เอาต์พุตแสง 5 มิลลิวินาที, เอาต์พุตแสงไม่ต่อเนื่อง 10 มิลลิวินาที และจากนั้นเอาต์พุตแสงถัดไป) ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าเลเซอร์แต่ละนัดบนพื้นผิววัสดุจะไม่ได้รับผลกระทบจากขนนกโลหะ ทำให้มีความเสถียรมากกว่าการเชื่อมและมีข้อได้เปรียบในการเชื่อมแผ่นบาง

2. บ่อละลายที่เสถียร: ความเครียดที่รูกุญแจของบ่อหลอม ระยะเวลาที่ยาวนานของการทำงานของเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง พื้นที่การนำความร้อนขนาดใหญ่ พื้นที่บ่อหลอมขนาดใหญ่ และโลหะเหลวจำนวนมากทำให้บ่อหลอมเชื่อมต่อเนื่องมีขนาดใหญ่ขึ้นมาก กว่าสระละลายเลเซอร์ QCW ข้อบกพร่อง เช่น รูพรุน รอยแตก และการกระเด็นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับแอ่งหลอมเหลว: หากแอ่งหลอมเหลวมีขนาดใหญ่ แรงตึงผิวของแอ่งหลอมเหลวจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และแอ่งหลอมเหลวขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะเกิดการยุบตัวของรูกุญแจดังที่แสดงไว้ ใน a3; เนื่องจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์ QCW ใช้พลังงานที่มีความเข้มข้นมากกว่าและเวลาในการทำงานสั้น แหล่งรวมที่หลอมเหลวส่วนใหญ่จะมีอยู่รอบๆ รูกุญแจ และแรงจะสม่ำเสมอ อัตราการเกิดรูพรุน รอยแตก และสะเก็ดจะต่ำกว่า

3. โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของ Saller: การทำงานของเลเซอร์อย่างต่อเนื่องบนวัสดุจะถ่ายเทความร้อนไปยังวัสดุอย่างต่อเนื่อง ทำให้วัสดุที่บางมีความอ่อนไหวสูงต่อการเสียรูปจากความร้อนและข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกที่เกิดจากความเครียดภายใน QCW ทำหน้าที่กับวัสดุเป็นระยะๆ โดยให้เวลาในการระบายความร้อน ทำให้พื้นที่รับความร้อนและความร้อนเข้ามีขนาดเล็กลง ทำให้เหมาะสำหรับการประมวลผลวัสดุที่บางมากขึ้น และวัสดุใกล้กับเซนเซอร์ตรวจจับความร้อนสามารถดำเนินการได้โดยใช้เลเซอร์ QCW เท่านั้น

4. High Peak Power: ด้วยกำลังเฉลี่ยที่เท่ากันของเลเซอร์ต่อเนื่องและเลเซอร์ QCW ทำให้ QCW สามารถบรรลุกำลังสูงสุดที่สูงกว่า ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่า ความลึกในการหลอมที่มากขึ้น และการเจาะทะลุที่แข็งแกร่งกว่า QCW มีข้อดีมากกว่าในการเชื่อมโลหะผสมทองแดงและแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียม ความหนาแน่นของพลังงานของเลเซอร์ต่อเนื่องที่มีกำลังเฉลี่ยเท่ากันนั้นต่ำกว่า QCW ซึ่งอาจทำให้เลเซอร์ไม่สามารถสร้างรอยเชื่อมบนพื้นผิวของวัสดุและสะท้อนออกไปทั้งหมดได้ หากเลเซอร์สูงเกินไป อัตราการดูดกลืนแสงเลเซอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหลังจากการหลอมวัสดุสำเร็จ และความร้อนที่ป้อนเข้าจะเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน ส่งผลให้ความลึกของการหลอมและการป้อนความร้อนไม่สามารถควบคุมได้ ไม่สามารถใช้กับการเชื่อมแผ่นบางได้ และอาจมีปรากฏการณ์ของความล้มเหลวในการเกิดรอยเชื่อมหรือการไหม้ ซึ่งไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ

ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ CW

1. จากมุมมองทางโลหะวิทยา: ดังที่แสดงในรูปด้านซ้าย การเชื่อมแบบพัลส์ QCW เป็นของการประกบกันทางโลหะวิทยา และขีดจำกัดความถี่บนส่วนใหญ่จะอยู่ที่ประมาณ 500Hz อัตราการทับซ้อนต่ำ ความลึกของการหลอมละลายที่มีประสิทธิภาพตื้น อัตราการทับซ้อนสูง ไม่สามารถปรับปรุงความเร็วได้ และประสิทธิภาพต่ำ เลเซอร์ต่อเนื่องสามารถรับรู้ถึงการเชื่อมที่มีประสิทธิภาพและต่อเนื่องผ่านการเลือกใช้เลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนและข้อต่อการเชื่อมที่แตกต่างกัน และเลเซอร์ต่อเนื่องมีความเสถียรมากกว่าในบางโอกาสโดยมีความต้องการสูงสำหรับการซีล

2. จากมุมมองของระดับผลกระทบจากความร้อน: มีปัญหาอัตราการทับซ้อนกันในการเชื่อมลำแสงเลเซอร์พัลส์ QCW และรอยเชื่อมจะได้รับความร้อนซ้ำๆ เนื่องจากระยะทางโลหะวิทยาของโลหะและโลหะฐานจะแตกต่างกันหลังจากการเชื่อมหนึ่งครั้ง และขนาดของการเคลื่อนที่แตกต่างกัน อัตราการเย็นตัวอาจไม่สอดคล้องกันหลังจากการหลอมใหม่ ซึ่งง่ายต่อการทำให้เกิดรอยร้าว แต่ปรากฏการณ์นี้จะไม่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเชื่อมด้วยเลเซอร์

3. จากมุมมองของความยากในการแก้ไขจุดบกพร่อง: เลเซอร์พัลส์ QCW ต้องการความถี่ในการดีบักซ้ำของพัลส์, กำลังสูงสุด, ความกว้างของพัลส์, รอบการทำงาน, พลังงานพัลส์, กำลังเฉลี่ย, ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุด, ความหนาแน่นของพลังงาน, จำนวนที่ไม่โฟกัส ฯลฯ เลเซอร์ต่อเนื่องจำเป็นต้องโฟกัสที่รูปคลื่น ความเร็ว กำลัง และพร่ามัวเท่านั้น ซึ่งค่อนข้างง่าย

บทสรุปของเลเซอร์ QCW: ข้อดีหลักสองประการ: กำลังสูงสุด อินพุตความร้อนต่ำ และการเสียรูปของชิ้นงานขนาดเล็ก

เนื่องจากระยะเวลาของพัลส์สั้น (โดยปกติคือหลายมิลลิวินาที) ความร้อนที่เข้าสู่ชิ้นส่วนจะลดลง ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลซิ่งรอบๆ เซ็นเซอร์อุณหภูมิและวัสดุผนังที่บางมาก ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากพลังงานจำนวนมากถูกส่งไปที่จุดเริ่มต้นของพัลส์ การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลซิ่งจึงมักเหมาะสมกับโลหะสะท้อนแสง โดยปกติจะเรียกว่า "พัลส์ที่ปรับปรุงแล้ว" กระแสไฟที่จุดเริ่มต้นของรอบการเต้นของชีพจรจะกินเวลาเพียงส่วนเล็กๆ ของระยะเวลาการเต้นของชีพจรทั้งหมดเท่านั้น อย่างไรก็ตาม กำลังไฟเพียงพอที่จะทำลายการสะท้อนแสงของวัสดุในขณะที่ยังคงรักษากำลังเฉลี่ยที่ต่ำกว่า ซึ่งจะช่วยลดความร้อนได้ เลเซอร์ CW ​​ต้องให้พลังงานจำนวนมากแก่โลหะที่มีการสะท้อนแสงสูง และความร้อนที่เกิดขึ้นอาจทำให้ชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบภายในเสียหายได้ง่าย การเชื่อมด้วยเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง CW ส่วนใหญ่เป็นเลเซอร์กำลังสูงที่มีกำลังไฟมากกว่า 500 วัตต์ โดยทั่วไปแล้ว เลเซอร์ชนิดนี้ควรใช้กับแผ่นที่มีความหนาตั้งแต่ 1 มม. ขึ้นไป กลไกการเชื่อมเป็นการเชื่อมแบบเจาะลึกโดยอิงจากเอฟเฟกต์รูกุญแจ โดยมีอัตราส่วนขนาดใหญ่กว่า 8:1 แต่ป้อนความร้อนค่อนข้างสูง

ประการสุดท้าย เนื่องจากความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเลเซอร์ จึงมีเทคโนโลยีการมอดูเลตเลเซอร์แบบต่อเนื่องเพื่อให้เกิดการเชื่อมแบบพัลส์ของเลเซอร์แบบต่อเนื่อง เช่นเดียวกับการเชื่อมแบบพัลส์ความถี่สูงของเลเซอร์ QCW

โดยรวมแล้วทั้งเลเซอร์ CW ​​และเลเซอร์ QCW มีข้อดีและข้อเสีย ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ เลเซอร์ CW ​​เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการลำแสงต่อเนื่อง ในขณะที่เลเซอร์ QCW เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการพลังงานสูงเป็นพัลส์สั้นๆ ดังนั้น การเลือกประเภทของเลเซอร์ให้เหมาะสมกับการใช้งานของคุณจึงเป็นเรื่องสำคัญ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด