¿Cuáles son las diferencias entre el láser continuo (CW) y el láser cuasi continuo (QCW)?

Los láseres de onda continua (CW) y los láseres de onda cuasi{0}}continua (QCW) son dos tipos de láseres que se utilizan habitualmente en diversas aplicaciones. Los láseres CW emiten un haz de luz continuo, mientras que los láseres QCW emiten una serie de pulsos cortos. Estas son algunas de las diferencias entre estos dos tipos de láseres:

Distribución de energía gaussiana del láser CW monomodo-

Láser CW: CW es la abreviatura de "onda continua", que significa láser de onda continua. Logra la salida del láser a través de energía de excitación continua, lo que significa que el láser permanece encendido hasta que se detiene. Los láseres CW suelen tener una potencia máxima más baja y una potencia promedio más alta.

Como se muestra en la Figura 1, el láser continuo se refiere a un láser que puede emitir luz de forma continua y continua, conocido colectivamente como láser continuo. Generalmente, el corte de metales común y la soldadura de cobre y aluminio son con láser continuo, que son los más utilizados. Los principales parámetros para la depuración continua del proceso láser incluyen: forma de onda de potencia, cantidad de desenfoque, punto del diámetro del núcleo y velocidad;

Como se muestra en la Figura 2, el diagrama esquemático de la distribución de energía gaussiana del láser continuo monomodo-muestra la distribución de energía de la sección transversal de un rayo láser. La energía media es la más alta y la periferia disminuye a su vez, mostrando una distribución gaussiana (distribución normal).

Comparación de energía de pulso láser QCW y soldadura por pulso

QCW es la abreviatura de "onda cuasi continua", que significa láser de onda casi continua. Como se muestra en la Figura a de Láser pulsado, el láser suele ser un proceso de emisión de luz intermitente; La figura b muestra la distribución de la energía del láser. En comparación con los láseres continuos monomodo, la distribución de energía del QCW está más concentrada, lo que significa que el QCW tiene una mayor densidad de energía (mayor capacidad de penetración) que los láseres continuos.

Esto se refleja en el aspecto metalográfico, lo que significa que QCW tiene una mayor capacidad de penetración. El aspecto metalográfico producido es similar al de un clavo, con una relación de aspecto mayor. La potencia máxima del láser y la alta densidad de energía de QCW lo hacen adecuado para aleaciones de alta resistencia y materiales termosensibles. La microconectividad presenta enormes ventajas; La figura c muestra el diagrama esquemático de soldadura del láser pulsado con diferentes frecuencias. Se puede ver que la soldadura por impulsos es relativamente estable y casi no presenta salpicaduras.

Los láseres QCW utilizan principalmente una tecnología llamada conmutación Q-, que es un método eficaz para obtener pulsos cortos de alta-energía. Comprime el láser continuo de salida general en pulsos de emisión extremadamente estrechos, aumentando así la potencia máxima de la fuente de luz en varios órdenes de magnitud. Durante la conmutación Q-, antes de que el medio de ganancia almacene suficiente energía, todo el resonador láser mantiene una alta pérdida de cavidad.

Para obtener una introducción a regímenes de pulso aún más cortos más allá del cambio Q-, exploretecnología láser ultrarrápida para procesamiento de precisión.

En este momento, el láser no puede producir oscilación láser porque el umbral es demasiado alto, por lo que el número de partículas del nivel superior se puede acumular en grandes cantidades. Cuando la acumulación alcanza el valor de saturación, la pérdida de la cavidad se reduce rápidamente a un valor muy pequeño, por lo que la mayor parte de la energía almacenada por las partículas de nivel superior se convertirá en energía láser en poco tiempo y generará una fuerte salida de pulso láser en el extremo de salida.

Por ejemplo, un globo similar a un tambor redondo puede soltarse de su boquilla y desinflarse lenta y continuamente, lo que se denomina láser continuo. Ajustar el valor Q es presurizar el globo e inflarlo instantáneamente, lo cual es más o menos el caso con el QCW continuo y el QCW.

Fig4 a Aspecto del clavo de sellado láser CW, aspecto de la costura de soldadura recta, examen metalográfico de la sección longitudinal; apariencia de clavo de sellado láser QCW, apariencia de soldadura recta, metalografía de sección longitudinal;

Para profundizar en cómo esta compresión de pulso y alta densidad de energía afectan el microprocesamiento real, puedes leer nuestra guía completa enOptimización de la microsoldadura-láser de fibra y elección de la fuente adecuada.. Para obtener un desglose fundamental de esta tecnología, explore nuestra explicación completa deQCW tecnología láser cuasi-continua.

1. La apariencia de QCW es similar a la soldadura por punto de pulso, con patrones de escamas de pescado, mientras que el láser continuo tiene una curva suave y continua;

2. Entrada de energía: entrada de láser continua, entrada de pulso intermitente, reflejada en la metalografía, soldadura láser continua metalográfica longitudinal continua, solo ligeras fluctuaciones, el láser de pulso puede ver claramente la perforación del láser como un empalme metalográfico láser de un solo punto, cada láser metalográfico correspondiente es claramente visible; Por lo tanto, la soldadura continua es más fuerte que la soldadura láser QCW en cuanto a la resistencia de las uniones soldadas.

Comparación detallada de los principios de soldadura láser continua (CW) y cuasi{0}}continua (QCW)

1. Evitar la influencia de las columnas en la absorbancia del material, haciendo que el proceso sea más estable: durante la interacción entre el láser y el material, el material sufrirá una evaporación severa, formando una mezcla de vapor metálico, plasma y otros gases sobre el charco fundido, conocidos colectivamente como columnas de metal. Estas columnas de metal protegerán al láser para que no llegue a la superficie del material, lo que provocará que una potencia láser inestable llegue a la superficie del material, lo que provocará defectos como salpicaduras, puntos de explosión y picaduras; Sin embargo, la soldadura por pulsos de QCW se caracteriza por una salida de luz intermitente (5 ms de salida de luz, 10 ms de salida de luz intermitente y luego la siguiente salida de luz), lo que garantiza que cada impacto del láser en la superficie del material no se vea afectado por columnas de metal, lo que la hace más estable en comparación con la soldadura y tiene ventajas en la soldadura de placas delgadas.

2. Piscina de fusión estable: la tensión en el ojo de la cerradura de la piscina de fusión, la larga duración de la acción continua del láser, la gran área de conducción de calor, el área grande de la piscina de fusión y la abundancia de metal líquido hacen que la piscina de fusión de soldadura continua sea mucho más grande que la piscina de fusión del láser QCW. Defectos como poros, grietas y salpicaduras están estrechamente relacionados con el charco fundido: si el charco fundido es grande, la tensión superficial del charco fundido disminuye al aumentar la temperatura, y el charco fundido grande es más propenso a colapsar en forma de ojo de cerradura, como se muestra en a3; Debido a la energía más concentrada y al corto tiempo de acción de la soldadura láser QCW, el charco fundido existe principalmente alrededor del ojo de la cerradura y la fuerza es uniforme. La tasa relativa de aparición de poros, grietas y salpicaduras es menor.

3. Zona afectada por el calor de Saller: la acción continua del láser sobre el material transfiere continuamente calor al material, lo que hace que el material delgado sea altamente susceptible a la deformación térmica y defectos como grietas causadas por tensión interna. QCW actúa de forma intermitente sobre el material, dándole tiempo de enfriamiento, haciéndolo más pequeño en la zona afectada por el calor y el aporte de calor, haciéndolo más adecuado para procesar materiales delgados; Y los materiales cercanos a sensores térmicos solo se pueden procesar con láser QCW.

4. Alta potencia máxima: con la misma potencia promedio de los láseres continuos y QCW, QCW puede lograr una potencia máxima más alta, una mayor densidad de energía, una mayor profundidad de fusión y una penetración más fuerte. QCW tiene más ventajas en la soldadura de láminas de aleación de cobre y aleación de aluminio. La densidad de energía de un láser continuo con la misma potencia promedio es menor que QCW, lo que puede causar que el láser no produzca marcas de soldadura en la superficie del material y que todas ellas se reflejen. Si el láser es demasiado alto, la tasa de absorción del láser aumentará drásticamente después de lograr la fusión del material y la entrada de calor aumentará repentinamente, lo que resultará en una profundidad de fusión y una entrada de calor incontrolables. No se puede utilizar en soldadura de placas delgadas y puede haber fenómenos de falla en la producción de marcas de soldadura o quemaduras, lo que no puede cumplir con los requisitos del proceso.

Comparación detallada de los mecanismos de cerradura de soldadura láser CW y QCW

Debido a estas características de ausencia de-salpicaduras y alta-estabilidad, las ondas cuasi-continuas han revolucionado la fabricación de precisión. Conozca más sobre la ingeniería específica detrás de estos sistemas en nuestro artículo:¿Qué es una máquina de soldadura láser de fibra QCW??

Debido a que la duración del pulso es corta (generalmente varios milisegundos), el calor que ingresa a la pieza se minimiza, por lo que se recomienda utilizar soldadura láser pulsada alrededor del sensor térmico y materiales de pared extremadamente delgados. Al mismo tiempo, debido a la gran cantidad de energía transmitida al inicio del pulso, la soldadura por láser pulsado suele ser adecuada para metales reflectantes. Generalmente denominado "pulso mejorado", el pico de potencia al comienzo del ciclo del pulso solo dura una pequeña porción de la duración total del pulso. Sin embargo, su potencia es suficiente para romper la reflectividad del material manteniendo una potencia media más baja, reduciendo así el calor. Los láseres CW deben proporcionar una gran cantidad de energía para acoplar metales altamente reflectantes, y el calor generado puede dañar fácilmente las piezas o componentes que contienen. La soldadura láser de onda continua CW es principalmente un láser de alta-potencia, con una potencia superior a 500 vatios. En general, este tipo de láser se debe utilizar para placas con un espesor de 1 mm o más. El mecanismo de soldadura es una soldadura de penetración profunda basada en el efecto de ojo de cerradura, con una gran relación de aspecto de más de 8:1, pero con un aporte de calor relativamente alto.

Por último, debido al avance de la tecnología láser, también existe tecnología de modulación láser continua para lograr la soldadura por pulsos de láseres continuos, así como la soldadura por pulsos de alta-frecuencia de láseres QCW.

En general, tanto los láseres CW como los láseres QCW tienen sus ventajas y desventajas, según la aplicación específica. Los láseres CW son adecuados para aplicaciones que requieren un haz de luz continuo, mientras que los láseres QCW son adecuados para aplicaciones que requieren pulsos cortos de alta energía. Por lo tanto, es importante elegir el tipo correcto de láser para su aplicación específica para lograr los mejores resultados.

Para comparar más fuentes láser una al lado de la otra, lea nuestra guía deventajas y desventajas de varios láseresantes de elegir un sistema.

Ya sea que su aplicación requiera la alta potencia máxima de un láser QCW para micro{0}}componentes delicados o la salida de energía continua de un láser CW estándar para corte de metales gruesos, seleccionar el sistema industrial adecuado es crucial. Explora nuestro alto-rendimientoMáquina de soldadura láser de fibracategoría para encontrar la configuración personalizada perfecta para su actualización de producción.

Elegir entre CW, QCW y otras fuentes de láser pulsado se reduce a tres preguntas sobre su proceso de producción: ¿qué material está procesando, qué espesor tiene y cuál es su prioridad entre velocidad y calidad?

Espesor del material y sensibilidad al calor.Los láseres CW ofrecen una potencia promedio alta y constante, lo que los convierte en la opción natural para placas metálicas de 1 mm y más de espesor. Para láminas delgadas de menos de 1 mm o para componentes que se encuentran cerca de elementos sensibles al calor-como celdas de batería, sensores y paquetes electrónicos, la salida intermitente de un láser QCW mantiene baja la entrada de calor y evita la distorsión. La misma lógica se aplica a la elección entre los modos continuo y pulsado en general: los anchos de pulso largos se adaptan a materiales gruesos y tolerantes, mientras que los pulsos cortos y altos-protegen los delgados o delicados.

Reflectividad de la pieza de trabajo.Los metales altamente reflectantes como el cobre, el aluminio y el oro reflejan una gran parte del haz incidente. Un láser CW debe generar suficiente potencia para romper esta reflectividad, que puede sobrecalentar fácilmente la pieza. Un láser QCW concentra su energía en pulsos cortos con una potencia máxima muy alta, acoplándose a superficies reflectantes de manera más confiable y manteniendo baja la potencia promedio. Esta es la razón por la que las fuentes QCW se utilizan ampliamente para soldar láminas de cobre y aleaciones de aluminio.

Rendimiento versus precisión.Si su línea realiza corte-placas gruesas o soldadura de penetración-profunda las 24 horas del día, la alta potencia promedio de un láser CW maximiza el rendimiento. Si su proceso exige un control preciso, salpicaduras mínimas y una pequeña zona afectada por el calor-, una fuente QCW o pulsada le brinda precisión a una velocidad moderada. No existe un "mejor" láser universal - la fuente correcta es aquella que coincide con el material, la geometría de unión o corte y el objetivo de calidad de su aplicación específica. En caso de duda, envíe muestras a su proveedor de láser para una prueba antes de comprometerse con la configuración de una máquina.

La decisión entre CW-frente a-QCW es diferente en cada aplicación láser importante, y las dos tecnologías rara vez son intercambiables fuera de la soldadura.

Corte.Los láseres de onda continua dominan el corte industrial. Su producción constante produce cortes suaves a alta velocidad, y para espesores de placa superiores a 2-3 mm, el mecanismo de cerradura de penetración profunda-es esencialmente un régimen CW. Los láseres QCW no se utilizan para el corte de láminas a granel, pero encuentran un nicho en el micro-corte de láminas delgadas donde el calor debe permanecer localizado.

Soldadura.Esta es la aplicación en la que CW y QCW realmente compiten, como se describe en las secciones anteriores: CW para penetración-profunda y soldadura de placas-gruesas, QCW para láminas delgadas, conjuntos-sensibles al calor y juntas de cobre-reflectantes de cobre-.

Calificación.Los láseres pulsados ​​-, incluido QCW en el -extremo de pulso corto -, dominan el marcado láser porque la potencia máxima instantánea vaporiza el material mientras que la potencia promedio baja mantiene la superficie fría. Las fuentes CW no se utilizan para realizar marcado fino.

Limpieza.Ambos regímenes sirven para la limpieza con láser: los láseres de onda continua eliminan rápidamente la pintura, el óxido y los revestimientos en grandes áreas, mientras que los láseres pulsados ​​limpian superficies delicadas con un control preciso. La eliminación de óxido y revestimiento industrial-a gran escala suele favorecer el régimen continuo, por lo que los limpiadores láser continuos son una categoría estándar en las líneas de producción. Para los compradores que evalúan soluciones de limpieza, unmáquina de limpieza láser de onda continuaes la opción-para la preparación de superficies de alto-rendimiento.

Perforación y micro-procesamiento.Los láseres QCW destacan en la perforación y la micro-unión porque su potencia máxima crea orificios profundos y estrechos con una relación de aspecto alta, similar a los perfiles metalográficos en forma de clavo-descritos anteriormente.

La conclusión: primero asigne su aplicación a esta matriz y luego elija la fuente. La mayoría de las líneas de producción terminan con más de un tipo de láser - una fuente CW para el trabajo pesado y una fuente pulsada o QCW para el trabajo fino.

CW y QCW son sólo dos miembros de una familia de láseres mucho más grande. Comprender dónde se encuentran le ayuda a tomar mejores decisiones de compra y anticipar hacia dónde se dirige la tecnología.

La familia del láser.En un extremo, los láseres continuos de alta-potencia sirven para corte y soldadura profunda; por el otro, los láseres de pulso-ultracorto entregan energía en femtosegundos y picosegundos para un microprocesamiento en frío-sin daños-. Entre ellos se encuentran fuentes pulsadas, QCW y de nanosegundos que cubren el marcado, la perforación y la soldadura fina. Cada régimen de ancho de pulso-se asigna a un conjunto distinto de aplicaciones - cuanto más amplia sea su gama de productos, más probable será que necesite varias fuentes una al lado de la otra.

Láseres semiconductores como bloques de construcción.Los láseres de fibra y diodo de alta-potencia se basan cada vez más entecnología láser semiconductor, que proporciona la energía de bombeo detrás de la mayoría de los sistemas industriales CW y QCW. A medida que los chips semiconductores avanzan hacia un mayor brillo y un menor costo, impulsan a toda la familia hacia adelante - más potencia por dólar, mejor calidad del haz y nuevas longitudes de onda para materiales que antes eran difíciles de procesar.

Por qué el procesamiento láser sigue expandiéndose.En comparación con los métodos convencionales, el procesamiento láser ofrece operación sin-contacto, sin desgaste de herramientas, flexibilidad programable y calidad repetible. Aquellos estructuralesventajas de la tecnología de procesamiento láserExplique por qué las fábricas siguen reemplazando procesos mecánicos, térmicos y químicos con soluciones láser en las industrias de chapa, electrónica, automoción y energía.

Hacia dónde se dirige la industria.El mercado continúa avanzando hacia una potencia promedio más alta, anchos de pulso más cortos y un control de procesos más inteligente. Siguiendo elanálisis de la industria láserpublicado por fabricantes de equipos y observadores de la industria es una forma práctica de rastrear qué tipos de fuentes están ganando terreno - y cronometrar su próxima inversión en máquina. Cualquiera que sea su aplicación, comience por el material y el objetivo de calidad, y deje que los datos del proceso - y no el hábito - elijan entre CW, QCW y pulsado.