Láser CW e láser QCW en soldadura

Características da distribución de enerxía

Un atributo notable dos láseres de onda continua é a súa distribución de enerxía gaussiana, onde a distribución de enerxía da sección transversal dun feixe láser diminúe desde o centro cara a fóra nun patrón gaussiano (distribución normal). Esta característica de distribución permite que os láseres de onda continua alcancen unha precisión de enfoque e unha eficiencia de procesamento extremadamente altas, especialmente en aplicacións que requiren un despregamento de enerxía concentrada.

Diagrama de distribución de enerxía láser CW

Vantaxes da soldadura láser de onda continua (CW)

Perspectiva microestrutural

O exame da microestrutura dos metais revela distintas vantaxes da soldadura por láser de onda continua (CW) fronte á soldadura por pulsos de onda cuasi continua (QCW). A soldadura por pulsos QCW, restrinxida polo seu límite de frecuencia, normalmente arredor de 500 Hz, enfrontase a un compromiso entre a taxa de solapamento e a profundidade de penetración. Unha baixa taxa de solapamento resulta nunha profundidade insuficiente, mentres que unha alta taxa de solapamento restrinxe a velocidade de soldadura, o que reduce a eficiencia. Pola contra, a soldadura por láser CW, mediante a selección de diámetros de núcleo láser e cabezales de soldadura axeitados, consegue unha soldadura eficiente e continua. Este método resulta particularmente fiable en aplicacións que requiren unha alta integridade do selado.

Consideración do impacto térmico

Desde o punto de vista do impacto térmico, a soldadura láser por pulsos QCW sofre do problema da superposición, o que leva a un quecemento repetido da costura de soldadura. Isto pode introducir inconsistencias entre a microestrutura do metal e o material base, incluíndo variacións nos tamaños das dislocacións e nas velocidades de arrefriamento, o que aumenta o risco de rachaduras. A soldadura láser CW, por outra banda, evita este problema ao proporcionar un proceso de quecemento máis uniforme e continuo.

Facilidade de axuste

En termos de funcionamento e axuste, a soldadura láser QCW require un axuste meticuloso de varios parámetros, incluíndo a frecuencia de repetición de pulsos, a potencia máxima, o ancho de pulso, o ciclo de traballo e moito máis. A soldadura láser CW simplifica o proceso de axuste, centrándose principalmente na forma de onda, a velocidade, a potencia e a cantidade de desenfoque, o que reduce significativamente a dificultade operativa.

Progreso tecnolóxico na soldadura láser continua

Aínda que a soldadura láser QCW é coñecida pola súa alta potencia máxima e baixa entrada térmica, beneficiosa para soldar compoñentes sensibles á calor e materiais de paredes extremadamente delgadas, os avances na tecnoloxía de soldadura láser CW, especialmente para aplicacións de alta potencia (normalmente por riba dos 500 vatios) e a soldadura de penetración profunda baseada no efecto burato de fechadura, ampliaron significativamente o seu rango de aplicación e a súa eficiencia. Este tipo de láser é especialmente axeitado para materiais de máis de 1 mm de grosor, conseguindo relacións de aspecto elevadas (superiores a 8:1) a pesar dunha entrada de calor relativamente alta.

Soldadura láser de onda cuasi continua (QCW)

Distribución de enerxía enfocada

QCW, acrónimo de "Onda cuasi continua", representa unha tecnoloxía láser na que o láser emite luz de forma descontinua, como se mostra na figura a. A diferenza da distribución uniforme de enerxía dos láseres continuos monomodo, os láseres QCW concentran a súa enerxía de forma máis densa. Esta característica outorga aos láseres QCW unha densidade de enerxía superior, o que se traduce en maiores capacidades de penetración. O efecto metalúrxico resultante é semellante á forma dunha "crava" cunha relación profundidade-ancho significativa, o que permite que os láseres QCW destaquen en aplicacións que involucran aliaxes de alta reflectancia, materiais sensibles á calor e microsoldadura de precisión.

Mellora da estabilidade e redución da interferencia da pluma

Unha das vantaxes máis destacadas da soldadura láser QCW é a súa capacidade para mitigar os efectos da columna metálica na taxa de absorción do material, o que leva a un proceso máis estable. Durante a interacción láser-material, a evaporación intensa pode crear unha mestura de vapor metálico e plasma sobre a masa fundida, coñecida comunmente como columna metálica. Esta columna pode protexer a superficie do material do láser, causando unha subministración de enerxía inestable e defectos como salpicaduras, puntos de explosión e pozos. Non obstante, a emisión intermitente dos láseres QCW (por exemplo, unha ráfaga de 5 ms seguida dunha pausa de 10 ms) garante que cada pulso láser chegue á superficie do material sen ser afectado pola columna metálica, o que resulta nun proceso de soldadura notablemente estable, especialmente vantaxoso para a soldadura de láminas delgadas.

Dinámica estable de piscinas de fusión

A dinámica da masa fundida, especialmente en termos das forzas que actúan sobre o burato da fechadura, é crucial para determinar a calidade da soldadura. Os láseres continuos, debido á súa exposición prolongada e ás zonas afectadas pola calor máis grandes, tenden a crear masas de masa fundida máis grandes cheas de metal líquido. Isto pode levar a defectos asociados a grandes masas de masa fundida, como o colapso do burato da fechadura. Pola contra, a enerxía enfocada e o tempo de interacción máis curto da soldadura láser QCW concentran a masa fundida arredor do burato da fechadura, o que resulta nunha distribución da forza máis uniforme e unha menor incidencia de porosidade, gretas e salpicaduras.