Láser CW y láser QCW en soldadura

Características de distribución de energía

Un atributo notable de los láseres de CW es su distribución de energía gaussiana, donde la distribución de energía de la sección transversal de un haz láser disminuye desde el centro hacia afuera en un patrón gaussiano (distribución normal). Esta característica de distribución permite a los láseres de CW lograr una precisión de enfoque extremadamente alta y eficiencia de procesamiento, especialmente en aplicaciones que requieren despliegue de energía concentrada.

Diagrama de distribución de energía láser de CW

Ventajas de soldadura láser de onda continua (CW)

Perspectiva microestructural

El examen de la microestructura de metales revela ventajas distintas de soldadura láser de onda continua (CW) sobre la soldadura de pulso cuasi-continuo (QCW). La soldadura de pulso QCW, limitada por su límite de frecuencia, típicamente alrededor de 500Hz, enfrenta una compensación entre la tasa de superposición y la profundidad de penetración. Una baja tasa de superposición da como resultado una profundidad insuficiente, mientras que una alta tasa de superposición restringe la velocidad de soldadura, reduciendo la eficiencia. En contraste, la soldadura con láser CW, a través de la selección de diámetros de núcleo láser apropiados y cabezas de soldadura, logra soldadura eficiente y continua. Este método resulta particularmente confiable en las aplicaciones que requieren una alta integridad de sellos.

Consideración de impacto térmico

Desde el punto de vista del impacto térmico, la soldadura por láser de pulso QCW sufre el problema de la superposición, lo que lleva a un calentamiento repetido de la costura de soldadura. Esto puede introducir inconsistencias entre la microestructura del metal y el material principal, incluidas las variaciones en los tamaños de dislocación y las tasas de enfriamiento, aumentando así el riesgo de agrietamiento. La soldadura con láser CW, por otro lado, evita este problema al proporcionar un proceso de calentamiento más uniforme y continuo.

Facilidad de ajuste

En términos de operación y ajuste, la soldadura por láser QCW exige un ajuste meticuloso de varios parámetros, incluida la frecuencia de repetición de pulso, la potencia máxima, el ancho del pulso, el ciclo de trabajo y más. La soldadura con láser CW simplifica el proceso de ajuste, centrándose principalmente en la forma de onda, la velocidad, la potencia y la cantidad de desenfoque, aliviando significativamente la dificultad operativa.

Progreso tecnológico en la soldadura con láser CW

Si bien la soldadura por láser QCW es conocida por su alta potencia máxima y su baja entrada térmica, beneficioso para soldar componentes sensibles al calor y materiales de paredes extremadamente delgadas, los avances en la tecnología de soldadura con láser CW, especialmente para aplicaciones de alta potencia (típicamente por encima de 500 vatios) y soldadura por penetración profunda basadas en el efecto de agujero clave, han expandido significativamente su alcance de aplicación y eficiencia. Este tipo de láser es particularmente adecuado para materiales más gruesos que 1 mm, lo que alcanza las altas relaciones de aspecto (más de 8: 1) a pesar de la entrada de calor relativamente alta.

Soldadura láser de onda cuasi-continua (QCW)

Distribución de energía enfocada

QCW, que defiende la "ola cuasi-continua", representa una tecnología láser donde el láser emite luz de manera discontinua, como se muestra en la Figura a. A diferencia de la distribución de energía uniforme de los láseres continuos de modo único, los láseres QCW concentran su energía más densamente. Esta característica otorga a los láseres QCW una densidad de energía superior, que se traduce en capacidades de penetración más fuertes. El efecto metalúrgico resultante es similar a una forma de "clavos" con una relación significativa de profundidad / ancho, lo que permite que los láseres de QCW sobresalen en aplicaciones que involucran aleaciones de alta reflexión, materiales sensibles al calor y micro-soldado de precisión.

Estabilidad mejorada e interferencia de penacho reducida

Una de las ventajas pronunciadas de la soldadura por láser QCW es su capacidad para mitigar los efectos del penacho metálico en la velocidad de absorción del material, lo que lleva a un proceso más estable. Durante la interacción láser-material, la evaporación intensa puede crear una mezcla de vapor de metal y plasma sobre la piscina de fusión, comúnmente denominada penacho de metal. Este penacho puede proteger la superficie del material desde el láser, causando su entrega de potencia inestable y defectos como salpicaduras, puntos de explosión y pozos. Sin embargo, la emisión intermitente de los láseres QCW (por ejemplo, una explosión de 5 ms seguida de una pausa de 10 ms) asegura que cada pulso láser alcance la superficie del material que no se ve afectada por la columna de metal, lo que resulta en un proceso de soldadura notablemente estable, particularmente ventajoso para la soldadura de hoja delgada.

Dinámica estable del grupo de fusiones

La dinámica del grupo de fusión, especialmente en términos de las fuerzas que actúan sobre el ojo de la cerradura, son cruciales para determinar la calidad de la soldadura. Los láseres continuos, debido a su exposición prolongada y zonas más grandes afectadas por el calor, tienden a crear grupos de fusión más grandes llenos de metal líquido. Esto puede conducir a defectos asociados con grandes piscinas de fusión, como el colapso de la cerradura. En contraste, la energía enfocada y el tiempo de interacción más corto de la soldadura por láser QCW concentran el grupo de fusión alrededor del ojo de la cerradura, lo que resulta en una distribución de fuerza más uniforme y una menor incidencia de porosidad, grietas y salpicaduras.