לייזר CW ולייזר QCW בריתוך

מאפייני חלוקת אנרגיה

מאפיין בולט של לייזרי CW הוא פיזור האנרגיה הגאוסיאני שלהם, שבו פיזור האנרגיה של חתך הרוחב של קרן הלייזר מצטמצם מהמרכז החוצה בתבנית גאוסיאנית (פיזור נורמלי). מאפיין פיזור זה מאפשר ללייזרי CW להשיג דיוק מיקוד ויעילות עיבוד גבוהים במיוחד, במיוחד ביישומים הדורשים פריסת אנרגיה מרוכזת.

דיאגרמת התפלגות אנרגיית לייזר CW

יתרונות ריתוך לייזר בגל רציף (CW)

פרספקטיבה מיקרו-סטרוקטורלית

בחינת המיקרו-מבנה של מתכות מגלה יתרונות ברורים של ריתוך בלייזר גל רציף (CW) על פני ריתוך בפולסים בגל קוואזי-רציף (QCW). ריתוך בפולסים QCW, המוגבל על ידי מגבלת התדר שלו, בדרך כלל סביב 500 הרץ, ניצב בפני פשרה בין קצב חפיפה לעומק חדירה. קצב חפיפה נמוך גורם לעומק לא מספק, בעוד שקצב חפיפה גבוה מגביל את מהירות הריתוך, ומפחית את היעילות. לעומת זאת, ריתוך בלייזר CW, באמצעות בחירת קוטר ליבת לייזר וראשי ריתוך מתאימים, משיג ריתוך יעיל ורציף. שיטה זו מוכיחה את עצמה כאמינה במיוחד ביישומים הדורשים שלמות אטימה גבוהה.

שיקול השפעה תרמית

מנקודת מבט של פגיעה תרמית, ריתוך לייזר בפולסים QCW סובל מבעיית חפיפה, מה שמוביל לחימום חוזר של תפר הריתוך. מצב זה יכול לגרום לחוסר עקביות בין המיקרו-מבנה של המתכת לחומר האם, כולל שינויים בגודל הנקע ובקצבי הקירור, ובכך להגביר את הסיכון לסדקים. ריתוך לייזר CW, לעומת זאת, נמנע מבעיה זו על ידי מתן תהליך חימום אחיד ורציף יותר.

קלות התאמה

מבחינת תפעול וכיוונון, ריתוך לייזר QCW דורש כוונון קפדני של מספר פרמטרים, כולל תדירות חזרת הפולסים, הספק שיא, רוחב פולס, מחזור עבודה ועוד. ריתוך לייזר CW מפשט את תהליך הכוונון, תוך התמקדות בעיקר בצורת הגל, במהירות, בהספק ובכמות הדה-פוקוס, מה שמקל משמעותית על הקושי התפעולי.

התקדמות טכנולוגית בריתוך לייזר CW

בעוד שריתוך לייזר QCW ידוע בהספק שיא גבוה ובקלט תרמי נמוך, דבר המועיל לריתוך רכיבים רגישים לחום וחומרים בעלי דופן דקה במיוחד, ההתקדמות בטכנולוגיית ריתוך לייזר CW, במיוחד עבור יישומים בעלי הספק גבוה (בדרך כלל מעל 500 וואט) וריתוך חדירה עמוקה המבוסס על אפקט חור המנעול, הרחיבו משמעותית את טווח היישומים והיעילות שלו. לייזר מסוג זה מתאים במיוחד לחומרים עבים מ-1 מ"מ, ומשיג יחסי גובה-רוחב גבוהים (מעל 8:1) למרות קלט חום גבוה יחסית.

ריתוך לייזר גל קוואזי רציף (QCW)

חלוקת אנרגיה ממוקדת

QCW, ראשי תיבות של "גל קוואזי-רציף", מייצג טכנולוגיית לייזר שבה הלייזר פולט אור באופן לא רציף, כפי שמוצג באיור א'. שלא כמו פיזור אנרגיה אחיד של לייזרים רציפים במצב יחיד, לייזרי QCW מרכזים את האנרגיה שלהם בצפיפות רבה יותר. מאפיין זה מעניק ללייזרי QCW צפיפות אנרגיה מעולה, מה שמתורגם ליכולות חדירה חזקות יותר. האפקט המתכתי המתקבל דומה לצורת "מסמר" עם יחס עומק-רוחב משמעותי, המאפשר ללייזרי QCW להצטיין ביישומים הכוללים סגסוגות בעלות החזרה גבוהה, חומרים רגישים לחום ומיקרו-ריתוך מדויק.

יציבות משופרת והפחתת הפרעות פלומות

אחד היתרונות הבולטים של ריתוך לייזר QCW הוא יכולתו למתן את השפעות פלומת המתכת על קצב הספיגה של החומר, מה שמוביל לתהליך יציב יותר. במהלך האינטראקציה בין לייזר לחומר, אידוי אינטנסיבי יכול ליצור תערובת של אדי מתכת ופלזמה מעל בריכת ההיתוך, המכונה בדרך כלל פלומת מתכת. פלומת זו יכולה להגן על פני החומר מפני הלייזר, ולגרום לאספקת חשמל לא יציבה ופגמים כמו התזות, נקודות פיצוץ ובורות. עם זאת, הפליטה הסירוגין של לייזרי QCW (למשל, פרץ של 5 אלפיות שנייה ואחריו הפסקה של 10 אלפיות שנייה) מבטיחה שכל פולס לייזר יגיע לפני החומר מבלי שיושפע מפלומת המתכת, וכתוצאה מכך תהליך ריתוך יציב במיוחד, יתרון במיוחד לריתוך יריעות דקות.

דינמיקת בריכת התכה יציבה

הדינמיקה של בריכת ההיתוך, במיוחד מבחינת הכוחות הפועלים על חור המנעול, היא קריטית בקביעת איכות הריתוך. לייזרים רציפים, בשל חשיפתם הממושכת ואזורי השפעת החום הגדולים יותר, נוטים ליצור בריכות התכה גדולות יותר המלאות במתכת נוזלית. זה יכול להוביל לפגמים הקשורים לבריכות התכה גדולות, כגון קריסת חור המנעול. לעומת זאת, האנרגיה הממוקדת וזמן האינטראקציה הקצר יותר של ריתוך לייזר QCW מרכזים את בריכת ההיתוך סביב חור המנעול, וכתוצאה מכך פיזור כוח אחיד יותר ושכיחות נמוכה יותר של נקבוביות, סדקים והתזות.