ليزر CW وليزر QCW في اللحام

خصائص توزيع الطاقة

من السمات البارزة لليزر CW هو توزيع الطاقة الغاوسي، حيث يتضاءل توزيع الطاقة للمقطع العرضي لشعاع الليزر من المركز إلى الخارج في نمط غاوسي (التوزيع الطبيعي). تتيح خاصية التوزيع هذه لأشعة الليزر CW تحقيق دقة تركيز عالية للغاية وكفاءة معالجة، خاصة في التطبيقات التي تتطلب نشر طاقة مركزة.

مخطط توزيع طاقة الليزر CW

مزايا اللحام بالليزر الموجي المستمر (CW).

المنظور البنيوي الدقيق

يكشف فحص البنية المجهرية للمعادن عن مزايا واضحة للحام الليزر بالموجة المستمرة (CW) مقارنة باللحام النبضي بالموجة شبه المستمرة (QCW). يواجه اللحام النبضي QCW، المقيد بحد التردد، والذي يبلغ عادةً حوالي 500 هرتز، مفاضلة بين معدل التداخل وعمق الاختراق. يؤدي معدل التداخل المنخفض إلى عدم كفاية العمق، في حين أن معدل التداخل المرتفع يحد من سرعة اللحام، مما يقلل من الكفاءة. في المقابل، فإن اللحام بالليزر CW، من خلال اختيار أقطار قلب الليزر ورؤوس اللحام المناسبة، يحقق لحامًا فعالًا ومستمرًا. أثبتت هذه الطريقة موثوقيتها بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب سلامة عالية للختم.

اعتبارات التأثير الحراري

من وجهة نظر التأثير الحراري، يعاني اللحام بالليزر النبضي QCW من مشكلة التداخل، مما يؤدي إلى تسخين متكرر لدرزة اللحام. يمكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث تناقضات بين البنية المجهرية للمعدن والمادة الأم، بما في ذلك الاختلافات في أحجام التفكك ومعدلات التبريد، وبالتالي زيادة خطر التشقق. من ناحية أخرى، يتجنب اللحام بالليزر CW هذه المشكلة من خلال توفير عملية تسخين أكثر اتساقًا واستمرارًا.

سهولة التعديل

فيما يتعلق بالتشغيل والضبط، يتطلب اللحام بالليزر QCW ضبطًا دقيقًا للعديد من المعلمات، بما في ذلك تردد تكرار النبضة، طاقة الذروة، عرض النبضة، دورة التشغيل، والمزيد. يعمل اللحام بالليزر CW على تبسيط عملية الضبط، مع التركيز بشكل أساسي على الشكل الموجي والسرعة والطاقة وكمية إلغاء التركيز البؤري، مما يخفف بشكل كبير من صعوبة التشغيل.

التقدم التكنولوجي في اللحام بالليزر CW

في حين أن اللحام بالليزر QCW معروف بقدرته القصوى العالية ومدخلاته الحرارية المنخفضة، وهو مفيد في لحام المكونات الحساسة للحرارة والمواد ذات الجدران الرقيقة للغاية، فإن التقدم في تكنولوجيا اللحام بالليزر CW، خاصة للتطبيقات عالية الطاقة (عادةً ما يزيد عن 500 واط) و أدى اللحام ذو الاختراق العميق استنادًا إلى تأثير ثقب المفتاح إلى توسيع نطاق تطبيقه وكفاءته بشكل كبير. هذا النوع من الليزر مناسب بشكل خاص للمواد التي يزيد سمكها عن 1 مم، مما يحقق نسب عرض إلى ارتفاع عالية (أكثر من 8:1) على الرغم من مدخلات الحرارة المرتفعة نسبيًا.

اللحام بالليزر بالموجات شبه المستمرة (QCW).

توزيع الطاقة المركزة

يمثل QCW، الذي يرمز إلى "الموجة شبه المستمرة"، تقنية ليزر حيث يبعث الليزر الضوء بطريقة متقطعة، كما هو موضح في الشكل أ. على عكس توزيع الطاقة الموحد لليزر المستمر أحادي الوضع، يركز ليزر QCW طاقته بشكل أكثر كثافة. تمنح هذه الخاصية ليزر QCW كثافة طاقة فائقة، مما يترجم إلى قدرات اختراق أقوى. التأثير المعدني الناتج يشبه شكل "المسمار" مع نسبة كبيرة من العمق إلى العرض، مما يسمح لأشعة الليزر QCW بالتفوق في التطبيقات التي تتضمن سبائك عالية الانعكاس، ومواد حساسة للحرارة، واللحام الدقيق الدقيق.

تعزيز الاستقرار وتقليل تدخل الريشة

إحدى المزايا الواضحة للحام بالليزر QCW هي قدرته على تخفيف آثار عمود المعدن على معدل امتصاص المادة، مما يؤدي إلى عملية أكثر استقرارًا. أثناء التفاعل بين الليزر والمواد، يمكن أن يؤدي التبخر الشديد إلى إنشاء خليط من بخار المعدن والبلازما فوق حوض الذوبان، والذي يشار إليه عادة باسم عمود معدني. يمكن لهذا العمود أن يحمي سطح المادة من الليزر، مما يتسبب في عدم استقرار توصيل الطاقة وحدوث عيوب مثل التناثر ونقاط الانفجار والحفر. ومع ذلك، فإن الانبعاث المتقطع لأشعة الليزر QCW (على سبيل المثال، انفجار لمدة 5 مللي ثانية يتبعه توقف مؤقت لمدة 10 مللي ثانية) يضمن وصول كل نبضة ليزر إلى سطح المادة غير المتأثر بالعمود المعدني، مما يؤدي إلى عملية لحام مستقرة بشكل ملحوظ، وهي مفيدة بشكل خاص لحام الصفائح الرقيقة.

ديناميكيات تجمع الذوبان المستقرة

تعتبر ديناميكيات حوض الصهر، خاصة من حيث القوى المؤثرة على ثقب المفتاح، حاسمة في تحديد جودة اللحام. تميل أشعة الليزر المستمرة، بسبب تعرضها لفترة طويلة والمناطق الأكبر المتأثرة بالحرارة، إلى إنشاء أحواض ذوبان أكبر مملوءة بالمعادن السائلة. يمكن أن يؤدي هذا إلى عيوب مرتبطة بأحواض الذوبان الكبيرة، مثل انهيار ثقب المفتاح. في المقابل، تعمل الطاقة المركزة ووقت التفاعل الأقصر للحام بالليزر QCW على تركيز تجمع الذوبان حول ثقب المفتاح، مما يؤدي إلى توزيع قوة أكثر اتساقًا وانخفاض حدوث المسامية والتشقق والترشيش.