Les lasers à onde continue (CW) et les lasers à onde quasi continue (QCW) sont deux types de lasers couramment utilisés dans diverses applications. Les lasers CW émettent un faisceau de lumière continu, tandis que les lasers QCW émettent une série d'impulsions courtes. Voici quelques-unes des différences entre ces deux types de lasers :
Différences entre CW et QCW
Laser CW : CW est l'abréviation de « onde continue », ce qui signifie laser à onde continue. Il atteint une sortie laser grâce à une énergie d'excitation continue, ce qui signifie que le laser reste allumé jusqu'à ce qu'il s'arrête. Les lasers CW ont généralement une puissance de crête plus faible et une puissance moyenne plus élevée.
Comme le montre la figure 1, le laser continu fait référence à un laser qui peut émettre de la lumière de manière continue et continue, collectivement appelé laser continu. Généralement, la découpe des métaux courants et le soudage cuivre-aluminium sont des lasers continus, qui sont les plus largement utilisés. Les principaux paramètres du débogage continu du processus laser comprennent : la forme d'onde de puissance, la quantité de défocalisation, le point de diamètre du noyau et la vitesse ;
Comme le montre la figure 2, le diagramme schématique de la distribution d'énergie gaussienne d'un laser continu monomode montre la distribution d'énergie de la section transversale d'un faisceau laser. L'énergie moyenne est la plus élevée, et la périphérie diminue à son tour, montrant une distribution gaussienne (distribution normale).
QCW est l'abréviation de « onde quasi continue », ce qui signifie un laser à onde quasi continue. Comme le montre la figure a du laser pulsé, le laser est généralement un processus d'émission de lumière intermittente ; La figure b montre la répartition de l'énergie laser. Par rapport aux lasers continus monomodes, la distribution d'énergie de QCW est plus concentrée, ce qui signifie que QCW a une densité d'énergie plus élevée (capacité de pénétration plus forte) que les lasers continus. Cela se reflète dans l'aspect métallographique, ce qui signifie que QCW a une plus grande capacité de pénétration. L'aspect métallographique produit est similaire à un clou, avec un rapport d'aspect plus élevé. La puissance laser maximale et la densité d'énergie élevée de QCW le rendent adapté aux alliages à haute résistance et aux matériaux sensibles à la chaleur. La micro-connectivité présente d'énormes avantages. La figure c montre le schéma de soudage du laser pulsé avec différentes fréquences. On peut voir que le soudage par impulsions est relativement stable avec presque pas de projections [1].
Les lasers QCW utilisent principalement une technologie appelée Q-switching, qui est une méthode efficace pour obtenir des impulsions courtes à haute énergie. Il comprime le laser continu de sortie général en impulsions extrêmement étroites pour l'émission, augmentant ainsi la puissance de crête de la source lumineuse de plusieurs ordres de grandeur. Pendant la commutation Q, avant que le milieu de gain ne stocke suffisamment d'énergie, l'ensemble du résonateur laser maintient une perte de cavité élevée. À ce moment, le laser ne peut pas produire d'oscillation laser car le seuil est trop élevé, de sorte que le nombre de particules de niveau supérieur peut être accumulé en grande quantité. Lorsque l'accumulation atteint la valeur de saturation, la perte de cavité se réduit rapidement à une très petite valeur, de sorte que la majeure partie de l'énergie stockée par les particules de niveau supérieur sera convertie en énergie laser en peu de temps, générer une forte impulsion laser à l'extrémité de sortie .
Par exemple, un ballon semblable à un tambour rond peut être libéré de sa buse et dégonflé lentement et en continu, ce qu'on appelle un laser continu. Ajuster la valeur Q consiste à mettre le ballon sous pression et à le gonfler instantanément, ce qui est à peu près le cas avec le continu et le QCW.
Fig4 a Apparence du clou de scellement au laser CW, apparence du cordon de soudure droit, examen métallographique de la section longitudinale ; un aspect de clou d'étanchéité au laser QCW, un aspect de soudure droite, une métallographie en coupe longitudinale ;
Effet de soudage laser continu vs effet de soudage laser quasi continu QCW :
1. L'apparence de QCW est similaire à celle du soudage par points pulsé, avec des motifs en écailles de poisson, tandis que le laser continu a une courbe lisse et continue;
2. Apport d'énergie: entrée laser continue, entrée intermittente d'impulsions, réfléchie sur la métallographie, soudure laser continue métallographique longitudinale continue, seules de légères fluctuations, le laser à impulsions peut clairement voir le perçage laser comme un épissage métallographique laser à point unique, chaque laser métallographique correspondant clairement visible ; Par conséquent, le soudage continu est plus résistant que le soudage laser QCW en termes de résistance des joints de soudure.
Fig. a Schéma de principe du soudage laser CW ; Fig. b Schéma de principe du soudage laser QCW
Avantages du soudage laser QCW
1. Éviter l'influence des panaches sur l'absorbance du matériau, ce qui rend le processus plus stable : lors de l'interaction entre le laser et le matériau, le matériau subira une évaporation sévère, formant un mélange de vapeur métallique, de plasma et d'autres gaz au-dessus du bain de fusion, collectivement connus sous le nom de panaches métalliques. Ces panaches métalliques empêcheront le laser d'atteindre la surface du matériau, ce qui entraînera une puissance laser instable atteignant la surface du matériau, entraînant des défauts tels que des éclaboussures, des points d'explosion et des piqûres ; Cependant, le soudage par impulsions de QCW est caractérisé par une sortie de lumière intermittente (5 ms de sortie de lumière, 10 ms de sortie de lumière intermittente, puis la prochaine sortie de lumière), ce qui garantit que chaque frappe laser sur la surface du matériau n'est pas affectée par les panaches métalliques, ce qui le rend plus stable par rapport au soudage et présente des avantages dans le soudage de plaques minces.
2. Bassin de fusion stable : La contrainte sur le trou de serrure du bain de fusion, la longue durée d'action continue du laser, la grande zone de conduction thermique, la grande zone de bain de fusion et l'abondance de métal liquide rendent le bain de fusion de soudage continu beaucoup plus grand. que le bain de fusion laser QCW. Les défauts tels que les pores, les fissures et les éclaboussures sont étroitement liés au bain de fusion : si le bain de fusion est grand, la tension superficielle du bain de fusion diminue avec l'augmentation de la température, et le grand bain de fusion est plus susceptible de s'effondrer en trou de serrure, comme illustré en la3 ; En raison de l'énergie plus concentrée et du temps d'action court du soudage laser QCW, le bain de fusion existe principalement autour du trou de serrure et la force est uniforme. Le taux relatif d'apparition de pores, de fissures et d'éclaboussures est plus faible.
3. Zone affectée par la chaleur de Saller : l'action continue du laser sur le matériau transfère continuellement de la chaleur au matériau, ce qui rend le matériau mince très sensible à la déformation thermique et aux défauts tels que les fissures causées par les contraintes internes. QCW agit par intermittence sur le matériau, lui donnant un temps de refroidissement, le rendant plus petit dans la zone affectée par la chaleur et l'apport de chaleur, le rendant plus adapté au traitement de matériaux minces ; Et les matériaux proches des capteurs thermiques ne peuvent être traités qu'avec le laser QCW.
4. Puissance de crête élevée : avec la même puissance moyenne des lasers continus et QCW, QCW peut atteindre une puissance de crête plus élevée, une densité d'énergie plus élevée, une plus grande profondeur de fusion et une pénétration plus forte. QCW a plus d'avantages dans le soudage des tôles en alliage de cuivre et en alliage d'aluminium. La densité d'énergie d'un laser continu avec la même puissance moyenne est inférieure à QCW, ce qui peut empêcher le laser de produire des marques de soudure sur la surface du matériau et toutes se refléter. Si le laser est trop élevé, le taux d'absorption du laser augmentera fortement après la fusion du matériau et l'apport de chaleur augmentera soudainement, ce qui entraînera une profondeur de fusion et un apport de chaleur incontrôlables. Il ne peut pas être utilisé dans le soudage de plaques minces, et il peut y avoir des phénomènes de défaut de production de marques de soudage ou de brûlures, qui ne peuvent pas répondre aux exigences du processus.
Avantages du soudage laser CW
1. D'un point de vue métallographique : comme le montre la figure de gauche, le soudage par impulsions QCW appartient à l'épissage métallographique, et la limite de fréquence supérieure se situe principalement autour de 500 Hz. Le taux de chevauchement est faible, la profondeur de fusion effective est faible, le taux de chevauchement est élevé, la vitesse ne peut pas être améliorée et l'efficacité est faible. Le laser continu peut réaliser un soudage efficace et continu grâce à la sélection de lasers avec différents diamètres de noyau et joints de soudage, et le laser continu est plus stable dans certaines occasions avec des exigences élevées en matière d'étanchéité ;
2. Du point de vue du degré d'impact thermique : il existe un problème de taux de chevauchement dans le soudage par faisceau laser à impulsion QCW, et le cordon de soudure est chauffé à plusieurs reprises. Étant donné que la phase métallographique du métal et du métal de base sera différente après le soudage une fois et que la taille de la dislocation est différente, la vitesse de refroidissement peut être incohérente après la refusion, ce qui est facile à provoquer des fissures, mais ce phénomène n'existe pas en continu. la soudure au laser;
3. Du point de vue de la difficulté de débogage : le laser à impulsions QCW nécessite le débogage de la fréquence de répétition des impulsions, de la puissance de crête, de la largeur d'impulsion, du rapport cyclique, de l'énergie d'impulsion, de la puissance moyenne, de la densité de puissance de crête, de la densité d'énergie, de la quantité de défocalisation, etc. ; Le laser continu n'a besoin de se concentrer que sur la forme d'onde, la vitesse, la puissance et la défocalisation, ce qui est relativement simple.
Résumé du laser QCW : deux avantages majeurs : puissance de crête, faible apport de chaleur et petite déformation de la pièce.
Étant donné que la durée de l'impulsion est courte (généralement plusieurs millisecondes), la chaleur pénétrant dans la pièce est minimisée, il est donc recommandé d'utiliser le soudage au laser pulsé autour du capteur thermique et des matériaux de paroi extrêmement minces. Dans le même temps, en raison de la grande quantité d'énergie transmise au début de l'impulsion, le soudage au laser pulsé convient souvent au métal réfléchissant. Généralement appelée "impulsion renforcée", la pointe de puissance au début du cycle d'impulsion ne dure qu'une petite partie de la durée totale de l'impulsion. Cependant, sa puissance est suffisante pour percer la réflectivité du matériau tout en maintenant une puissance moyenne plus faible, réduisant ainsi la chaleur. Les lasers CW doivent fournir une grande quantité d'énergie pour coupler des métaux hautement réfléchissants, et la chaleur générée peut facilement endommager les pièces ou composants qu'ils contiennent. Le soudage au laser à onde continue CW est principalement un laser à haute puissance avec une puissance supérieure à 500 watts. D'une manière générale, ce type de laser doit être utilisé pour des plaques d'une épaisseur de 1 mm ou plus. Le mécanisme de soudage est un soudage à pénétration profonde basé sur l'effet trou de serrure, avec un grand rapport d'aspect de plus de 8:1, mais un apport de chaleur relativement élevé.
Enfin, en raison de l'avancement de la technologie laser, il existe également une technologie de modulation laser continue pour réaliser le soudage par impulsions des lasers continus, ainsi que le soudage par impulsions haute fréquence des lasers QCW.
Dans l'ensemble, les lasers CW et les lasers QCW ont leurs avantages et leurs inconvénients, en fonction de l'application spécifique. Les lasers CW conviennent aux applications nécessitant un faisceau de lumière continu, tandis que les lasers QCW conviennent aux applications nécessitant de courtes impulsions de haute énergie. Par conséquent, il est important de choisir le bon type de laser pour votre application spécifique afin d'obtenir les meilleurs résultats.