ليزر CW وليزر QCW في اللحام

خصائص توزيع الطاقة

من السمات البارزة لليزرات CW توزيعها الغاوسي للطاقة، حيث يتناقص توزيع طاقة المقطع العرضي لشعاع الليزر من المركز إلى الخارج في نمط غاوسي (توزيع طبيعي). تتيح هذه الخاصية التوزيعية لليزرات CW تحقيق دقة تركيز وكفاءة معالجة عاليتين للغاية، خاصةً في التطبيقات التي تتطلب نشر طاقة مركزة.

مخطط توزيع طاقة الليزر CW

مزايا اللحام بالليزر الموجي المستمر (CW)

المنظور البنيوي الدقيق

يكشف فحص البنية الدقيقة للمعادن عن مزايا مميزة للحام الليزر بالموجات المستمرة (CW) مقارنةً باللحام النبضي بالموجات شبه المستمرة (QCW). يواجه لحام النبض بالموجات شبه المستمرة، المقيد بحد تردده، والذي يبلغ عادةً حوالي 500 هرتز، توازنًا بين معدل التداخل وعمق الاختراق. يؤدي انخفاض معدل التداخل إلى عمق غير كافٍ، بينما يحد معدل التداخل المرتفع من سرعة اللحام، مما يقلل من كفاءته. في المقابل، يحقق لحام الليزر بالموجات المستمرة، من خلال اختيار أقطار نواة الليزر ورؤوس اللحام المناسبة، لحامًا فعالًا ومستمرًا. وتثبت هذه الطريقة موثوقيتها بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب سلامة عالية للختم.

اعتبارات التأثير الحراري

من ناحية التأثير الحراري، يعاني لحام الليزر النبضي بتقنية QCW من مشكلة التداخل، مما يؤدي إلى تسخين متكرر لخط اللحام. قد يؤدي هذا إلى تباين في البنية الدقيقة للمعدن والمادة الأم، بما في ذلك اختلافات في أحجام الخلع ومعدلات التبريد، مما يزيد من خطر التشقق. من ناحية أخرى، يتجنب لحام الليزر بتقنية CW هذه المشكلة بتوفير عملية تسخين أكثر اتساقًا واستمرارية.

سهولة التعديل

من حيث التشغيل والضبط، يتطلب لحام الليزر بتقنية QCW ضبطًا دقيقًا لعدة معايير، بما في ذلك تردد تكرار النبضات، وقوة الذروة، وعرض النبضة، ودورة العمل، وغيرها. يُبسط لحام الليزر بتقنية CW عملية الضبط، حيث يركز بشكل رئيسي على شكل الموجة، والسرعة، والطاقة، ومقدار عدم التركيز، مما يُخفف بشكل كبير من صعوبة التشغيل.

التقدم التكنولوجي في اللحام بالليزر CW

بينما يُعرف لحام الليزر بتقنية QCW بقدرته العالية على الذوبان وانخفاض مدخلاته الحرارية، مما يجعله مناسبًا للحام المكونات الحساسة للحرارة والمواد رقيقة الجدران للغاية، فإن التطورات في تقنية لحام الليزر بتقنية CW، وخاصةً في التطبيقات عالية الطاقة (عادةً ما تزيد عن 500 واط) واللحام عميق الاختراق القائم على تأثير ثقب المفتاح، قد وسّع نطاق تطبيقه وكفاءته بشكل كبير. هذا النوع من الليزر مناسب بشكل خاص للمواد التي يزيد سمكها عن 1 مم، حيث يحقق نسب أبعاد عالية (أكثر من 8:1) على الرغم من مدخلاته الحرارية العالية نسبيًا.

لحام الليزر بالموجات شبه المستمرة (QCW)

توزيع الطاقة المركزة

QCW، اختصارًا لـ "موجة شبه مستمرة"، تُمثل تقنية ليزر يُصدر فيها الليزر ضوءًا متقطعًا، كما هو موضح في الشكل (أ). بخلاف التوزيع المنتظم للطاقة في الليزرات المستمرة أحادية الوضع، تُركز ليزرات QCW طاقتها بكثافة أكبر. تمنح هذه الخاصية ليزرات QCW كثافة طاقة أعلى، مما يُترجم إلى قدرات اختراق أقوى. يُشبه التأثير المعدني الناتج شكل "المسمار" مع نسبة عمق إلى عرض كبيرة، مما يُمكّن ليزرات QCW من التفوق في تطبيقات تشمل السبائك عالية الانعكاس، والمواد الحساسة للحرارة، واللحام الدقيق الدقيق.

تعزيز الاستقرار وتقليل تداخل السحب

من أبرز مزايا لحام الليزر بتقنية QCW قدرته على تخفيف آثار أعمدة المعدن على معدل امتصاص المادة، مما يؤدي إلى عملية أكثر استقرارًا. أثناء تفاعل الليزر مع المادة، يُنتج التبخر الشديد مزيجًا من بخار المعدن والبلازما فوق بركة الذوبان، ويُعرف عادةً باسم عمود المعدن. يحجب هذا العمود سطح المادة عن الليزر، مما يُسبب عدم استقرار في توصيل الطاقة وعيوبًا مثل التناثر ونقاط الانفجار والحفر. ومع ذلك، يضمن الانبعاث المتقطع لأشعة ليزر QCW (مثل نبضة مدتها 5 مللي ثانية تليها توقف لمدة 10 مللي ثانية) وصول كل نبضة ليزر إلى سطح المادة دون أن تتأثر بأعمدة المعدن، مما يُؤدي إلى عملية لحام مستقرة بشكل ملحوظ، وهو أمر مفيد بشكل خاص لحام الصفائح الرقيقة.

ديناميكيات حوض الذوبان المستقر

تُعد ديناميكيات تجمع الذوبان، وخاصةً من حيث القوى المؤثرة على ثقب المفتاح، عاملاً حاسماً في تحديد جودة اللحام. عادةً ما تُنتج أشعة الليزر المستمرة، بسبب تعرضها لفترات طويلة ومناطقها المتأثرة بالحرارة الأكبر، تجمعات ذوبانية أكبر مليئة بالمعدن السائل. قد يؤدي هذا إلى عيوب مرتبطة بتجمعات الذوبان الكبيرة، مثل انهيار ثقب المفتاح. في المقابل، تُركز الطاقة المركزة ووقت التفاعل الأقصر في لحام الليزر بتقنية QCW تجمع الذوبان حول ثقب المفتاح، مما يؤدي إلى توزيع أكثر اتساقًا للقوة وانخفاض في حدوث المسامية والتشقق والتناثر.