CW-laser en QCW-laser bij lassen

Kenmerken van energiedistributie

Een opmerkelijk kenmerk van CW-lasers is hun Gaussiaanse energieverdeling, waarbij de energieverdeling van de dwarsdoorsnede van een laserstraal vanuit het midden naar buiten afneemt in een Gaussiaans (normale verdeling) patroon. Dankzij deze verdelingskarakteristiek kunnen CW-lasers een extreem hoge focusseringsprecisie en verwerkingsefficiëntie bereiken, vooral in toepassingen die een geconcentreerde energie-inzet vereisen.

CW-laserenergieverdelingsdiagram

Voordelen van Continuous Wave (CW) laserlassen

Microstructureel perspectief

Onderzoek naar de microstructuur van metalen onthult duidelijke voordelen van Continuous Wave (CW) laserlassen ten opzichte van Quasi-Continuous Wave (QCW) pulslassen. QCW-pulslassen, beperkt door de frequentielimiet, doorgaans rond de 500 Hz, heeft te maken met een afweging tussen overlapsnelheid en penetratiediepte. Een lage mate van overlap resulteert in onvoldoende diepte, terwijl een hoge mate van overlap de lassnelheid beperkt, waardoor de efficiëntie afneemt. CW-laserlassen daarentegen zorgt, door de selectie van de juiste laserkerndiameters en laskoppen, voor efficiënt en continu lassen. Deze methode blijkt bijzonder betrouwbaar in toepassingen die een hoge afdichtingsintegriteit vereisen.

Overweging van thermische impact

Vanuit het oogpunt van thermische impact heeft QCW-pulslaserlassen te lijden onder het probleem van overlap, wat leidt tot herhaalde verwarming van de lasnaad. Dit kan inconsistenties introduceren tussen de microstructuur van het metaal en het moedermateriaal, inclusief variaties in dislocatiegroottes en afkoelsnelheden, waardoor het risico op scheuren toeneemt. CW-laserlassen vermijdt dit probleem daarentegen door een uniformer en continu verwarmingsproces te bieden.

Gemakkelijk aan te passen

Wat de werking en afstelling betreft, vereist QCW-laserlassen een nauwgezette afstemming van verschillende parameters, waaronder de pulsherhalingsfrequentie, piekvermogen, pulsbreedte, inschakelduur en meer. CW-laserlassen vereenvoudigt het aanpassingsproces, waarbij de nadruk vooral ligt op de golfvorm, snelheid, kracht en mate van onscherpte, waardoor de operationele problemen aanzienlijk worden verlicht.

Technologische vooruitgang bij CW-laserlassen

Hoewel QCW-laserlassen bekend staat om zijn hoge piekvermogen en lage thermische input, wat gunstig is voor het lassen van warmtegevoelige componenten en extreem dunwandige materialen, zijn er ontwikkelingen in de CW-laserlastechnologie, vooral voor toepassingen met hoog vermogen (doorgaans boven 500 watt) en dieppenetratielassen op basis van het sleutelgateffect heeft het toepassingsbereik en de efficiëntie aanzienlijk uitgebreid. Dit type laser is bijzonder geschikt voor materialen dikker dan 1 mm en bereikt ondanks de relatief hoge warmte-inbreng hoge aspectverhoudingen (meer dan 8:1).

Quasi-Continuous Wave (QCW) laserlassen

Gerichte energiedistributie

QCW, wat staat voor "Quasi-Continuous Wave", vertegenwoordigt een lasertechnologie waarbij de laser op discontinue wijze licht uitzendt, zoals weergegeven in figuur a. In tegenstelling tot de uniforme energieverdeling van single-mode continue lasers, concentreren QCW-lasers hun energie dichter. Deze eigenschap geeft QCW-lasers een superieure energiedichtheid, wat zich vertaalt in sterkere penetratiemogelijkheden. Het resulterende metallurgische effect lijkt op een "spijker" -vorm met een aanzienlijke diepte-breedteverhouding, waardoor QCW-lasers kunnen uitblinken in toepassingen met hoogreflecterende legeringen, warmtegevoelige materialen en nauwkeurig microlassen.

Verbeterde stabiliteit en verminderde pluiminterferentie

Een van de uitgesproken voordelen van QCW-laserlassen is het vermogen om de effecten van metaalpluimen op de absorptiesnelheid van het materiaal te verminderen, wat leidt tot een stabieler proces. Tijdens de interactie tussen laser en materiaal kan door intense verdamping een mengsel van metaaldamp en plasma boven het smeltbad ontstaan, gewoonlijk een metaalpluim genoemd. Deze pluim kan het materiaaloppervlak afschermen van de laser, waardoor een onstabiele vermogensafgifte en defecten zoals spatten, explosiepunten en putjes ontstaan. De intermitterende emissie van QCW-lasers (bijvoorbeeld een burst van 5 ms gevolgd door een pauze van 10 ms) zorgt er echter voor dat elke laserpuls het materiaaloppervlak bereikt, onaangetast door metaalpluimen, wat resulteert in een opmerkelijk stabiel lasproces, wat vooral voordelig is bij het lassen van dunne platen.

Stabiele smeltpooldynamiek

De dynamiek van het smeltbad, vooral in termen van de krachten die op het sleutelgat inwerken, is cruciaal bij het bepalen van de kwaliteit van de las. Continue lasers hebben, vanwege hun langdurige blootstelling en grotere door hitte beïnvloede zones, de neiging grotere smeltbaden gevuld met vloeibaar metaal te creëren. Dit kan leiden tot defecten die verband houden met grote smeltpoelen, zoals het instorten van een sleutelgat. Daarentegen concentreren de gerichte energie en de kortere interactietijd van QCW-laserlassen het smeltbad rond het sleutelgat, wat resulteert in een meer uniforme krachtverdeling en minder porositeit, scheuren en spatten.