Láser CW y láser QCW en Soldadura

Características de distribución de energía

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

Diagrama de distribución de energía láser CW

Ventajas de la soldadura láser de onda continua (CW)

Perspectiva microestructural

El examen de la microestructura de los metales revela claras ventajas de la soldadura láser de onda continua (CW) sobre la soldadura por pulsos de onda cuasi continua (QCW). La soldadura por pulsos QCW, limitada por su límite de frecuencia, generalmente alrededor de 500 Hz, enfrenta un equilibrio entre la tasa de superposición y la profundidad de penetración. Una tasa de superposición baja da como resultado una profundidad insuficiente, mientras que una tasa de superposición alta restringe la velocidad de soldadura, lo que reduce la eficiencia. Por el contrario, la soldadura láser CW, mediante la selección de diámetros de núcleo láser y cabezales de soldadura adecuados, logra una soldadura eficiente y continua. Este método resulta particularmente confiable en aplicaciones que requieren una alta integridad del sello.

Consideración del impacto térmico

Desde el punto de vista del impacto térmico, la soldadura por láser pulsado QCW sufre el problema de la superposición, lo que provoca un calentamiento repetido de la costura de soldadura. Esto puede introducir inconsistencias entre la microestructura del metal y el material original, incluidas variaciones en los tamaños de las dislocaciones y las velocidades de enfriamiento, aumentando así el riesgo de agrietamiento. La soldadura 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 láser QCW exige un ajuste meticuloso de varios parámetros, incluida la frecuencia de repetición del pulso, la potencia máxima, el ancho del pulso, el ciclo de trabajo y más. La soldadura láser CW simplifica el proceso de ajuste, enfocándose principalmente en la forma de onda, la velocidad, la potencia y la cantidad de desenfoque, lo que alivia significativamente la dificultad operativa.

Avances Tecnológicos en Soldadura Láser CW

Si bien la soldadura láser QCW es conocida por su alto pico de potencia y bajo aporte térmico, beneficioso para soldar componentes sensibles al calor y materiales de paredes extremadamente delgadas, los avances en la tecnología de soldadura láser CW, especialmente para aplicaciones de alta potencia (generalmente por encima de 500 vatios) y La soldadura de penetración profunda basada en el efecto ojo de cerradura ha ampliado significativamente su rango de aplicación y eficiencia. Este tipo de láser es particularmente adecuado para materiales de más de 1 mm de espesor, logrando relaciones de aspecto altas (más de 8:1) a pesar de una entrada de calor relativamente alta.

Soldadura láser de onda casi continua (QCW)

Distribución de energía enfocada

QCW, que significa "onda cuasi continua", representa una tecnología láser en la que el láser emite luz de forma discontinua, como se muestra en la figura a. A diferencia de la distribución uniforme de energía de los láseres continuos monomodo, los láseres QCW concentran su energía de forma más densa. Esta característica otorga a los láseres QCW una densidad de energía superior, lo que se traduce en capacidades de penetración más fuertes. El efecto metalúrgico resultante es similar a la forma de un "clavo" con una relación significativa de profundidad a ancho, lo que permite a los láseres QCW sobresalir en aplicaciones que involucran aleaciones de alta reflectancia, materiales sensibles al calor y microsoldadura de precisión.

Estabilidad mejorada y interferencia de penacho reducida

Una de las ventajas pronunciadas de la soldadura láser QCW es su capacidad para mitigar los efectos de la columna de metal en la tasa 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 metálico y plasma sobre el charco de fusión, comúnmente conocida como columna de metal. Esta columna puede proteger la superficie del material del láser, provocando una entrega de energía inestable y defectos como salpicaduras, puntos de explosión y picaduras. Sin embargo, la emisión intermitente de los láseres QCW (por ejemplo, una ráfaga de 5 ms seguida de una pausa de 10 ms) garantiza que cada pulso del láser llegue a la superficie del material sin verse afectado por la columna de metal, lo que resulta en un proceso de soldadura notablemente estable, particularmente ventajoso para la soldadura de láminas delgadas.

Dinámica estable del grupo de fusión

La dinámica del baño de fusión, especialmente en términos de las fuerzas que actúan sobre el ojo de cerradura, es crucial 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 charcos de fusión más grandes llenos de metal líquido. Esto puede provocar defectos asociados con grandes charcos de fusión, como el colapso del ojo de cerradura. Por el contrario, la energía enfocada y el tiempo de interacción más corto de la soldadura láser QCW concentran el baño de fusión alrededor del ojo de cerradura, lo que resulta en una distribución de fuerza más uniforme y una menor incidencia de porosidad, grietas y salpicaduras.