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Laser à onde continue
CW, acronyme de « Continuous Wave », fait référence aux systèmes laser capables de fournir une sortie laser ininterrompue pendant le fonctionnement. Caractérisés par leur capacité à émettre du laser en continu jusqu'à la fin de l'opération, les lasers CW se distinguent par leur puissance de crête plus faible et leur puissance moyenne plus élevée par rapport aux autres types de laser.
Applications étendues
En raison de leur fonction de sortie continue, les lasers CW sont largement utilisés dans des domaines tels que la découpe des métaux et le soudage du cuivre et de l'aluminium, ce qui en fait l'un des types de laser les plus courants et les plus largement utilisés. Leur capacité à fournir une production d’énergie constante et constante les rend inestimables dans les scénarios de traitement de précision et de production de masse.
Paramètres d'ajustement du processus
Le réglage d'un laser CW pour des performances de processus optimales implique de se concentrer sur plusieurs paramètres clés, notamment la forme d'onde de puissance, le degré de défocalisation, le diamètre du spot du faisceau et la vitesse de traitement. Un réglage précis de ces paramètres est essentiel pour obtenir les meilleurs résultats de traitement, garantissant ainsi l’efficacité et la qualité des opérations d’usinage laser.
Diagramme d'énergie laser continue
Caractéristiques de distribution d'énergie
Un attribut notable des lasers CW est leur distribution d'énergie gaussienne, où la distribution d'énergie de la section transversale d'un faisceau laser diminue du centre vers l'extérieur selon un motif gaussien (distribution normale). Cette caractéristique de distribution permet aux lasers CW d'atteindre une précision de focalisation et une efficacité de traitement extrêmement élevées, en particulier dans les applications nécessitant un déploiement d'énergie concentré.
Diagramme de distribution d'énergie laser CW
Avantages du soudage laser à onde continue (CW)
Perspective microstructurale
L'examen de la microstructure des métaux révèle des avantages distincts du soudage laser à ondes continues (CW) par rapport au soudage pulsé à ondes quasi continues (QCW). Le soudage pulsé QCW, limité par sa limite de fréquence, généralement autour de 500 Hz, est confronté à un compromis entre le taux de recouvrement et la profondeur de pénétration. Un faible taux de recouvrement entraîne une profondeur insuffisante, tandis qu'un taux de recouvrement élevé limite la vitesse de soudage, réduisant ainsi l'efficacité. En revanche, le soudage laser CW, grâce à la sélection de diamètres de noyau laser et de têtes de soudage appropriés, permet d'obtenir un soudage efficace et continu. Cette méthode s'avère particulièrement fiable dans les applications nécessitant une intégrité d'étanchéité élevée.
Considération de l'impact thermique
Du point de vue de l'impact thermique, le soudage laser pulsé QCW souffre du problème de chevauchement, conduisant à un échauffement répété du cordon de soudure. Cela peut introduire des incohérences entre la microstructure du métal et le matériau parent, notamment des variations dans la taille des dislocations et les vitesses de refroidissement, augmentant ainsi le risque de fissuration. Le soudage laser CW, en revanche, évite ce problème en offrant un processus de chauffage plus uniforme et continu.
Facilité de réglage
En termes de fonctionnement et de réglage, le soudage laser QCW nécessite un réglage méticuleux de plusieurs paramètres, notamment la fréquence de répétition des impulsions, la puissance de crête, la largeur d'impulsion, le rapport cyclique, etc. Le soudage laser CW simplifie le processus de réglage, en se concentrant principalement sur la forme d'onde, la vitesse, la puissance et le degré de défocalisation, atténuant considérablement les difficultés opérationnelles.
Progrès technologique dans le soudage laser CW
Alors que le soudage laser QCW est connu pour sa puissance de crête élevée et son faible apport thermique, bénéfiques pour le soudage de composants sensibles à la chaleur et de matériaux à parois extrêmement fines, les progrès de la technologie de soudage laser CW, en particulier pour les applications à haute puissance (généralement supérieure à 500 watts) et Le soudage à pénétration profonde basé sur l'effet de trou de serrure a considérablement élargi sa gamme d'applications et son efficacité. Ce type de laser est particulièrement adapté aux matériaux d'une épaisseur supérieure à 1 mm, permettant d'obtenir des rapports d'aspect élevés (supérieurs à 8:1) malgré un apport thermique relativement élevé.
Soudage laser à ondes quasi continues (QCW)
Distribution d'énergie ciblée
QCW, signifiant « Quasi-Continuous Wave », représente une technologie laser dans laquelle le laser émet de la lumière de manière discontinue, comme le montre la figure a. Contrairement à la distribution d'énergie uniforme des lasers continus monomodes, les lasers QCW concentrent leur énergie de manière plus dense. Cette caractéristique confère aux lasers QCW une densité d’énergie supérieure, se traduisant par des capacités de pénétration plus fortes. L'effet métallurgique qui en résulte s'apparente à une forme de « clou » avec un rapport profondeur/largeur important, permettant aux lasers QCW d'exceller dans les applications impliquant des alliages à haute réflectance, des matériaux sensibles à la chaleur et un micro-soudage de précision.
Stabilité améliorée et interférence réduite du panache
L'un des avantages évidents du soudage laser QCW est sa capacité à atténuer les effets du panache métallique sur le taux d'absorption du matériau, conduisant ainsi à un processus plus stable. Lors de l'interaction laser-matériau, une évaporation intense peut créer un mélange de vapeur métallique et de plasma au-dessus du bain de fusion, communément appelé panache métallique. Ce panache peut protéger la surface du matériau du laser, provoquant une alimentation électrique instable et des défauts tels que des éclaboussures, des points d'explosion et des piqûres. Cependant, l'émission intermittente des lasers QCW (par exemple, une rafale de 5 ms suivie d'une pause de 10 ms) garantit que chaque impulsion laser atteint la surface du matériau sans être affectée par le panache métallique, ce qui donne lieu à un processus de soudage particulièrement stable, particulièrement avantageux pour le soudage de feuilles minces.
Dynamique du pool de fusion stable
La dynamique du bain de fusion, notamment en termes de forces agissant sur le trou de serrure, est cruciale pour déterminer la qualité de la soudure. Les lasers continus, en raison de leur exposition prolongée et de leurs plus grandes zones affectées par la chaleur, ont tendance à créer de plus grands bassins de fusion remplis de métal liquide. Cela peut conduire à des défauts associés à de grandes flaques de fusion, tels que l'effondrement d'un trou de serrure. En revanche, l'énergie focalisée et le temps d'interaction plus court du soudage laser QCW concentrent le bain de fusion autour du trou de serrure, ce qui entraîne une répartition plus uniforme de la force et une incidence plus faible de porosité, de fissuration et d'éclaboussures.
Zone affectée par la chaleur (ZAT) minimisée
Le soudage laser continu soumet les matériaux à une chaleur soutenue, entraînant une conduction thermique importante dans le matériau. Cela peut provoquer une déformation thermique indésirable et des défauts induits par des contraintes dans les matériaux minces. Les lasers QCW, avec leur fonctionnement intermittent, laissent aux matériaux le temps de refroidir, minimisant ainsi la zone affectée par la chaleur et l'apport thermique. Cela rend le soudage laser QCW particulièrement adapté aux matériaux fins et à ceux situés à proximité de composants sensibles à la chaleur.
Puissance de crête plus élevée
Bien qu'ils aient la même puissance moyenne que les lasers continus, les lasers QCW atteignent des puissances de crête et des densités d'énergie plus élevées, ce qui se traduit par une pénétration plus profonde et des capacités de soudage plus fortes. Cet avantage est particulièrement prononcé dans le soudage de tôles minces en alliages de cuivre et d'aluminium. En revanche, les lasers continus ayant la même puissance moyenne peuvent ne pas réussir à laisser une marque sur la surface du matériau en raison d'une densité d'énergie plus faible, entraînant une réflexion. Les lasers continus de haute puissance, bien que capables de faire fondre le matériau, peuvent subir une forte augmentation du taux d'absorption après la fusion, provoquant une profondeur de fusion et un apport thermique incontrôlables, ce qui ne convient pas au soudage de feuilles minces et peut entraîner l'absence de marquage ou une brûlure. -à travers, ne répondant pas aux exigences du processus.
Comparaison des résultats de soudage entre les lasers CW et QCW
un. Laser à onde continue (CW) :
- Aspect de l'ongle scellé au laser
- Aspect du cordon de soudure droit
- Diagramme schématique de l'émission laser
- Coupe longitudinale
b. Laser à ondes quasi continues (QCW) :
- Aspect de l'ongle scellé au laser
- Aspect du cordon de soudure droit
- Diagramme schématique de l'émission laser
- Coupe longitudinale
- * Source : article de Willdong, via le compte public WeChat LaserLWM.
- * Lien de l'article original : https://mp.weixin.qq.com/s/8uCC5jARz3dcgP4zusu-FA.
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Heure de publication : 05 mars 2024