לייזר CW ו- QCW לייזר בריתוך

מאפייני חלוקת אנרגיה

תכונה בולטת של לייזרי CW היא חלוקת האנרגיה הגאוסית שלהם, שם חלוקת האנרגיה של חתך קרן לייזר פוחתת מהמרכז כלפי חוץ בדפוס גאוסי (חלוקה נורמלית). מאפיין חלוקה זה מאפשר לייזרי CW להשיג יעילות דיוק ועיבוד מיקוד גבוה במיוחד, במיוחד ביישומים הדורשים פריסת אנרגיה מרוכזת.

תרשים חלוקת אנרגיה של לייזר CW

יתרונות ריתוך לייזר גל רציף (CW)

נקודת מבט מיקרו -מבנית

בחינת מיקרו-מבנה של מתכות מגלה יתרונות ברורים של ריתוך לייזר גל רציף (CW) על פני ריתוך דופק של גל-רציף (QCW). ריתוך דופק QCW, המוגבל על ידי מגבלת התדרים שלו, בדרך כלל סביב 500 הרץ, עומד בפני סחר בין קצב חפיפה לעומק החדירה. קצב חפיפה נמוך מביא לעומק לא מספיק, ואילו קצב חפיפה גבוה מגביל את מהירות הריתוך, ומפחית את היעילות. לעומת זאת, ריתוך לייזר CW, באמצעות בחירת קוטרי ליבת לייזר מתאימים וראשי ריתוך, משיג ריתוך יעיל ורציף. שיטה זו מוכיחה אמינה במיוחד ביישומים הדורשים שלמות חותם גבוהה.

שיקול השפעה תרמית

מבחינת ההשפעה התרמית, ריתוך לייזר דופק QCW סובל מהנושא החפיפה, מה שמוביל לחימום חוזר של תפר הריתוך. זה יכול להכניס חוסר עקביות בין מיקרו -מבנה המתכת לחומר האב, כולל וריאציות בגדלי הניתוק ושיעורי הקירור, ובכך להגדיל את הסיכון לפיצוח. לעומת זאת, ריתוך לייזר CW נמנע מבעיה זו על ידי מתן תהליך חימום אחיד ורציף יותר.

קלות ההתאמה

מבחינת הפעלה והתאמה, ריתוך לייזר QCW דורש כוונון קפדני של מספר פרמטרים, כולל תדירות חזרה לדופק, כוח שיא, רוחב הדופק, מחזור החובה ועוד. ריתוך לייזר CW מפשט את תהליך ההסתגלות, ומתמקד בעיקר בכמות צורת הגל, המהירות, הכוח וכמות המיקוד, ומקל משמעותית את הקושי התפעולי.

התקדמות טכנולוגית בריתוך לייזר CW

בעוד שריתוך לייזר QCW ידוע בכוח השיא הגבוה שלו ובקלט התרמי הנמוך שלו, מועיל לריתוך רכיבים רגישים לחום וחומרים דקים במיוחד, התקדמות בטכנולוגיית ריתוך לייזר CW, במיוחד עבור יישומים בעלי עוצמה גבוהה (בדרך כלל מעל 500 וואט) וריתוך חדירה עמוק על בסיס אפקט חור המפתח, האם הרחיבו באופן משמעותי את טווח היישומים שלו) ויעילותו. לייזר מסוג זה מתאים במיוחד לחומרים עבים יותר מ- 1 מ"מ, ומשיג יחסי גובה גבוהים (מעל 8: 1) למרות קלט חום גבוה יחסית.

ריתוך לייזר מעין-רציף (QCW)

חלוקת אנרגיה ממוקדת

QCW, העומד על "גל מעין-רציף", מייצג טכנולוגיית לייזר בה הלייזר פולט אור באופן רציף, כפי שמתואר באיור א. שלא כמו חלוקת האנרגיה האחידה של לייזרים רציפים במצב יחיד, לייזרי QCW מרכזים את האנרגיה שלהם בצפיפות יותר. מאפיין זה מעניק לייזרי QCW צפיפות אנרגיה מעולה, ומתורגם ליכולות חדירה חזקות יותר. ההשפעה המתכתית המתקבלת דומה לצורת "ציפורניים" עם יחס עומק לרוחב משמעותי, ומאפשרת לייזרי QCW להצטיין ביישומים הכוללים סגסוגות משניקות גבוהות, חומרים רגישים לחום ומיקרו דיוק.

יציבות משופרת והפרעות פלומה מופחתות

אחד היתרונות הבולטים של ריתוך לייזר QCW הוא יכולתו להפחית את ההשפעות של פלומת מתכת על קצב ספיגת החומר, מה שמוביל לתהליך יציב יותר. במהלך אינטראקציה חומרית לייזר, אידוי אינטנסיבי יכול ליצור תערובת של אדי מתכת ופלזמה מעל בריכת ההמסה, המכונה בדרך כלל פלומת מתכת. פלומה זו יכולה להגן על פני השטח של החומר מהלייזר, ולגרום למסירת כוח לא יציבה וליקויים כמו פיצוץ, נקודות פיצוץ ובורות. עם זאת, הפליטה לסירוגין של לייזרי QCW (למשל, פרץ 5MS ואחריו הפסקה של 10MS) מבטיחה כי כל דופק לייזר יגיע למשטח החומר שלא מושפע מפלומת מתכת, וכתוצאה מכך תהליך ריתוך יציב במיוחד, מועיל במיוחד לריתוך דק.

דינמיקת בריכת נמס יציבה

הדינמיקה של מאגר ההמסה, במיוחד מבחינת הכוחות הפועלים על חור המפתח, היא מכריעה בקביעת איכות הריתוך. לייזרים רציפים, בשל חשיפתם הממושכת והאזורים הגדולים יותר שנפגעו בחום, נוטים ליצור בריכות נמס גדולות יותר מלאות מתכת נוזלית. זה יכול להוביל לפגמים הקשורים לבריכות נמס גדולות, כמו קריסת חור המפתח. לעומת זאת, האנרגיה הממוקדת וזמן האינטראקציה הקצר יותר של ריתוך לייזר QCW מרוכזים את בריכת ההמסה סביב חור המפתח, וכתוצאה מכך חלוקת כוח אחידה יותר ושכיחות נמוכה יותר של נקבוביות, פיצוח ופרז.