CW-laser en QCW-laser bij het lassen

Energieverdelingskenmerken

Een opvallend kenmerk van CW-lasers is hun Gaussische energieverdeling, waarbij de energieverdeling van de laserstraal vanuit het midden naar buiten afneemt volgens een Gaussisch (normaal verdeeld) patroon. Deze verdelingskarakteristiek zorgt ervoor dat CW-lasers een extreem hoge focusnauwkeurigheid en verwerkingsefficiëntie bereiken, met name in toepassingen die een geconcentreerde energie-inzet vereisen.

CW-laserenergieverdelingsdiagram

Voordelen van continugolf (CW) laserlassen

Microstructureel perspectief

Onderzoek naar de microstructuur van metalen toont 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, kent een afweging tussen overlappingssnelheid en penetratiediepte. Een lage overlappingssnelheid resulteert in onvoldoende diepte, terwijl een hoge overlappingssnelheid de lassnelheid beperkt en de efficiëntie vermindert. CW laserlassen daarentegen, bereikt efficiënt en continu lassen door de keuze van geschikte laserkerndiameters en laskoppen. Deze methode blijkt bijzonder betrouwbaar in toepassingen die een hoge afdichtingsintegriteit vereisen.

Thermische impactoverwegingen

Wat thermische impact betreft, heeft QCW-pulslaserlassen last van overlapping, wat leidt tot herhaaldelijke verhitting van de lasnaad. Dit kan inconsistenties veroorzaken tussen de microstructuur van het metaal en het basismateriaal, waaronder variaties in dislocatiegroottes en afkoelsnelheden, waardoor het risico op scheurvorming toeneemt. CW-laserlassen daarentegen vermijdt dit probleem door een gelijkmatiger en continu verwarmingsproces te bieden.

Gemakkelijk aan te passen

Qua bediening en afstelling vereist QCW-laserlassen een nauwkeurige afstelling van verschillende parameters, waaronder pulsherhalingsfrequentie, piekvermogen, pulsbreedte, inschakelduur en meer. CW-laserlassen vereenvoudigt het afstellingsproces en richt zich voornamelijk op de golfvorm, snelheid, vermogen en de defocussering, wat de operationele moeilijkheidsgraad aanzienlijk verlicht.

Technologische vooruitgang in 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, hebben ontwikkelingen in de CW-laserlastechnologie, met name voor toepassingen met een hoog vermogen (meestal boven de 500 watt) en dieppenetratielassen op basis van het sleutelgateffect, het toepassingsbereik en de efficiëntie aanzienlijk uitgebreid. Dit type laser is met name geschikt voor materialen dikker dan 1 mm en bereikt een hoge aspectverhouding (meer dan 8:1) ondanks een relatief hoge warmte-input.

Quasi-Continuous Wave (QCW) laserlassen

Gerichte energieverdeling

QCW, wat staat voor "Quasi-Continuous Wave", staat voor een lasertechnologie waarbij de laser licht op een discontinue manier 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 hogere energiedichtheid, wat zich vertaalt in een sterkere penetratie. Het resulterende metallurgische effect is vergelijkbaar met een "spijker"-vorm met een aanzienlijke diepte-breedteverhouding, waardoor QCW-lasers uitblinken in toepassingen met hoogreflecterende legeringen, warmtegevoelige materialen en precisie-microlassen.

Verbeterde stabiliteit en verminderde pluiminterferentie

Een van de uitgesproken voordelen van QCW-laserlassen is het vermogen om de effecten van metaalpluim op de absorptiesnelheid van het materiaal te verminderen, wat leidt tot een stabieler proces. Tijdens de interactie tussen laser en materiaal kan intense verdamping een mengsel van metaaldamp en plasma boven het smeltbad creëren, algemeen bekend als een metaalpluim. Deze pluim kan het materiaaloppervlak afschermen van de laser, wat leidt tot een onstabiele vermogensafgifte en defecten zoals spatten, explosiepunten en putjes. 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 zonder beïnvloed te worden door de metaalpluim, wat resulteert in een bijzonder stabiel lasproces, met name gunstig voor het lassen van dunne platen.

Dynamiek van stabiele smeltpoelen

De dynamiek van de smeltpoel, met name wat betreft de krachten die op het sleutelgat inwerken, is cruciaal voor de kwaliteit van de las. Continue lasers hebben de neiging om, door hun langdurige blootstelling en grotere warmtebeïnvloede zones, grotere smeltpoelen te creëren gevuld met vloeibaar metaal. Dit kan leiden tot defecten die verband houden met grote smeltpoelen, zoals het instorten van het sleutelgat. De gebundelde energie en de kortere interactietijd van QCW-laserlassen daarentegen concentreren de smeltpoel rond het sleutelgat, wat resulteert in een gelijkmatigere krachtverdeling en minder kans op porositeit, scheurvorming en spatten.