اللحام بالليزر المستمر أو النبضي: كيفية اختيار الوضع الصحيح

غالبًا ما يواجه مشتري اللحام بالليزر نفس السؤال في مرحلة المواصفات:موجة مستمرة (CW) أو نابض؟الجواب ليس ببساطة "النبض للنحافة، CW للسميك". إن انعكاس المواد، وحساسية الحرارة، وهندسة التماس، والعمق المطلوب، وزمن الدورة، كلها تدفع القرار في اتجاهات مختلفة. يستعرض هذا الدليل الخصائص الفيزيائية وخصائص الشعاع ونتائج اللحام ومنطق التكلفة حتى تتمكن من مطابقة وضع الليزر مع المهمة - وليس العكس.

يمكن تصنيف الليزر حسب الطول الموجي أو الوسط النشط أو وضع التشغيل. حسب الطول الموجي، تشير الصناعة عادةً إلى أنظمة الأشعة تحت الحمراء والمرئية والأشعة فوق البنفسجية. بواسطة الوسط النشط، تتضمن الاختيارات ليزر ثاني أكسيد الكربون، وليزر الألياف، وليزر الحالة الصلبة Nd³⁺:YAG-، وليزر القرص، وليزر الصمام الثنائي المباشر (DDL)، وليزر الصبغ. وضع التشغيل - الطريقة التي يتم بها تسليم الشعاع - هو الأكثر أهمية بالنسبة للحام: موجة مستمرة (CW)، أو شبه - موجة مستمرة (QCW)، أو نبضية.

إذا كنت لا تزال تقارن مصدر الليزر الذي يناسب تطبيقك، مقالتنا حولمقارنة إيجابيات وسلبيات أنواع الليزر المختلفةيقدم نظرة عامة-بجانب-جانبًا عن الأنظمة الأساسية لـ CO₂ والألياف وNd:YAG والقرص وDDL.

داخل الرنان، يتأرجح الضوء بين المرايا. عندما يظل معدل تكرار تلك الدفقات أقل من العتبة، يتم تسليم الإخراج كنبضات منفصلة. وبمجرد أن يتجاوز التردد تلك العتبة، تندمج النبضات الفردية في تيار مستمر. لا يوجد حدود تردد عالمية تستخدمها كل شركة مصنعة، ولكن الفرق العملي حقيقي: توفر الأنظمة النبضية حزم طاقة منفصلة وعالية -، بينما توفر أنظمة CW مدخلات حرارية ثابتة.

للحصول على مقدمة أوسع لسلوك مصدر الحرارة، وأنواع الوصلات، وأنماط اللحام الصناعي، ابدأ بـأساسيات تكنولوجيا اللحام بالليزر.

الجدول 1: التصنيف العملي لأنماط تشغيل الليزر حسب معدل التكرار. القيم الحدودية هي نطاقات مرجعية للصناعة-، وليست حدودًا مطلقة.

للحصول على مقارنة مركزة بين CW وQCW على وجه التحديد - بما في ذلك تأثير اللحام والمزايا وملاءمة التطبيق -، اقرأ الدليل علىمقارنة وضع التشغيل CW و QCW.

في قطع المعادن، عادةً ما يتم وصف أشعة الليزر CW بالطاقة وحدها. في اللحام بالليزر النبضي، تحدد أربع معلمات العملية: ذروة قوة النبضة، ومدة النبضة (عرض النبضة)، ومعدل التكرار (التردد)، ومتوسط ​​الطاقة. العلاقة بينهما هي :

متوسط ​​القدرة=ذروة قوة النبضة × عرض النبضة × معدل التكرار

هذه المعادلة هي القيد المركزي لأي وظيفة لحام نابض. لا يزال بإمكان نظام Nd:YAG النبضي الذي يبلغ متوسطه 500 واط توفير قدرة نبضية قصوى تزيد عن 12 كيلووات لأن الطاقة يتم تجميعها في دفعات قصيرة جدًا ومنفصلة على نطاق واسع. إن نسبة الذروة العالية-إلى-المتوسط ​​هي ما يجعل اللحام النبضي فعالاً على المعادن العاكسة والتجمعات الحساسة حرارياً.

تهيمن ليزرات الألياف CW على اللحام-عالي السرعة والاختراق العميق-. وهي لا تصل إلى نفس قوة الذروة النبضية المفردة- مثل Nd:YAG، ولكنها تحافظ على قطعة العمل تحت حمل حراري مستقر بسرعات سفر عالية. أصبحت أنظمة DDL ذات قدرة تنافسية متزايدة في اللحام CW: فهي مدمجة وفعالة كهربائيًا وذات كثافة قريبة من -القمة- تغطي اللحامات الواسعة بالتساوي.

بين الطرفين يوجد لحام ألياف الليزر QCW. تطلق أنظمة QCW نبضات قصيرة بمعدلات تكرار فئة -كيلو هرتز، وتجمع بين طاقة الذروة العالية ودورة العمل الخاضعة للتحكم. للحصول على نظرة عامة حول التقنية حول كيفية ربط QCW بين المعالجة النبضية ومعالجة CW، راجعتقنية اللحام بليزر الألياف QCW ملخص. للتعرف على ميكانيكا الطاقة-الذروة خلف قطار النبض، راجعهيكل نبض QCW وقوة الذروة.

فكر في اللحام النبضي كمحرك للكومة: كل نبضة توفر تأثيرًا موضعيًا قويًا، ثم تبرد المادة قبل وصول النبضة التالية. والنتيجة هي منطقة متأثرة بالحرارة-عميقة وضيقة (HAZ) وحد أدنى من انتشار الحرارة الجانبي. اللحام المستمر يشبه إلى حد كبير مسدس مسامير ثابت: طاقة نبضة فردية أقل، ولكن عدد ضربات أكبر في الثانية، لذلك تتدفق الحرارة بشكل مستمر على طول خط التماس. يظل حوض اللحام مفتوحًا لفترة أطول، والخرزة أوسع، ويتم الاختراق من خلال مدخلات الطاقة المستدامة بدلاً من الدفقات المنفصلة.

يعد الليزر النبضي Nd:YAG هو الخيار الكلاسيكي عندما يكون التحكم الحراري الدقيق مهمًا. يمكن أن تتغلب قوتها القصوى العالية على انعكاس الأسطح المطلية بالألمنيوم والنحاس والذهب-، كما أن وقت التوقف الطويل-بين النبضات يحد من تراكم الحرارة. وعلى النقيض من ذلك، تتميز ليزرات الألياف CW بالسرعة والثبات: جودة شعاع ممتازة، وكفاءة عالية في توصيل الجدار-، وفترات خدمة طويلة. تضيف DDLs خيارًا آخر للتطبيقات التي تحتاج إلى تسخين موحد على مساحة كبيرة دون تكلفة نظام ضخ الألياف أو المصابيح.

غالبًا ما يتم تجاهل ملف تعريف الشعاع، ولكنه يحدد كيفية دخول الطاقة إلى المادة.

عادةً ما تنتج ليزرات الألياف CW أشعاع غاوسي: تكون كثافة الطاقة في أعلى مستوياتها عند المركز وتتساقط بشكل كبير باتجاه الحواف، مما يعطي شكل TEM₀₀- على شكل جرس. يؤدي هذا التركيز الضيق إلى إنشاء ذروة كثافة عالية جدًا عند التركيز، مما يجعل الحزم الغوسية مثالية للحام ثقب المفتاح بنسبة -}نسبة عرض إلى ارتفاع- عالية والقطع الدقيق. تعرف على كيفية دفع هذه الطاقة المركزة إلى اللحامات العميقة في شرحنا لـكيف يعمل اللحام بالليزر العميق الاختراق.

Pulsed Nd:YAG والعديد من أنظمة DDL تقدم أأعلى-قبعةالحزمة (المسطحة-العلوية): يتم توزيع الطاقة بالتساوي تقريبًا عبر البقعة، مع حواف حادة. تنتج ملفات تعريف القبعة العلوية- ترسيبًا ثابتًا للطاقة على منطقة محددة، وهو أمر مفيد لمعالجة الأسطح، واللحام بالتوصيل الحراري، و-المفاصل المتداخلة الرقيقة حيث تكون منطقة الاندماج المسطحة القابلة للتكرار أكثر أهمية من الحد الأقصى للعمق.

وبالتالي فإن اختيارك للملف الشخصي يعتمد على ما إذا كانت الأولوية هي العمق أو السرعة أو الانتظام.

في ظل المعلمات الصحيحة، تكون وصلة ليزر الألياف CW سلسة وموحدة، مما يلغي في كثير من الأحيان الحاجة إلى الطحن أو التلميع. الخرزة مستمرة، وخطوط أصابع القدم متساوية، ويمكن التنبؤ بإدخال الحرارة من البداية إلى النهاية. وهذا هو السبب في أن تطبيقات مجموعة نقل الحركة في السيارات، وقضبان توصيل البطارية، وأنابيب الجدران السميكة-تفضل لحام ألياف CW.

اللحام المستمر · اللحام بالليزر لأشباه الموصلات للصفائح الفولاذية المجلفنة

يختلف اللحام النبضي Nd:YAG بشكل مسموع: حيث تنتج كل نبضة صوت نقر قصير، وتظهر الخرزة الصلبة نمط مقياس السمك- المألوف الشائع في أعمال TIG الدقيقة. في وضع اللحام الموضعي-، تقوم كل نبضة بإنشاء كتلة صلبة منفصلة، ​​وهي مثالية للإلكترونيات الدقيقة والأجهزة الطبية وتجميعات أجهزة الاستشعار حيث يجب أن تكون الوصلة صغيرة ومعزولة حراريًا عن المكونات القريبة.

اللحام النبضي · اللحام بالليزر Nd:YAG لصفائح الفولاذ المقاوم للصدأ

تعد مجموعات المعلمات النبضية أكثر تعقيدًا من CW. يجب على المشغل أن يوازن بين عرض النبضة وذروة القدرة والتردد وسرعة السفر وشكل الموجة. على النقيض من ذلك، فإن لحام CW يعتمد إلى حد كبير على القوة، وسرعة السير، وموضع تركيز الشعاع. إذا أصبحت جودة السطح أو المسامية أو التناثر مشكلة، فارجع إلىاستكشاف أخطاء ماكينة اللحام بالليزردليل للتشخيص المنهجي.

استحوذت ألياف ليزر CW على حصة سوقية كبيرة من أنظمة CO₂ وNd:YAG. فهي أكثر استقرارًا وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة-وأسرع وأسهل في التكامل مع الروبوتات وخطوط إنتاج Industry 4.0. تشمل المكاسب النموذجية تروس نقل الحركة في السيارات، ومكونات المحرك، ومرفقات البطارية، وقضبان التوصيل، والأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ ذات القسم السميك-.

تحتفظ أشعة الليزر النبضية Nd:YAG بقيمتها عندما يكون إجمالي الدخل الحراري المنخفض هو المشكلة الرئيسية: الإلكترونيات الحساسة للحرارة، -الأدوات الطبية الملحومة الدقيقة، -أجزاء الفضاء الجوي ذات الجدران الرقيقة، والمعادن الثمينة العاكسة. تتنافس ليزرات الألياف QCW هنا أيضًا، حيث تقدم طاقة ذروة عالية مع تشكيل نبض قابل للبرمجة، ولكن أنظمة Nd:YAG لا تزال تقدم تكلفة دخول أقل وصيانة أبسط في العديد من إعدادات الورش الصغيرة-والمهمة-.

بالنسبة للإصلاحات ذات الحجم المنخفض-، أو عمل النموذج الأولي، أو المرونة في-الموقع، أأساسيات اللحام بالليزر المحمولةيمكن للإعداد أن يربط بين كلا الوضعين، مما يسمح للمشغلين بالتبديل بين عمل صفائح CW الرقيقة-وإصلاح البقع النبضية دون تغيير الأجهزة.

وبالنظر إلى المستقبل، ستؤدي عمليات تشكيل الشعاع والحزم{0} المتعددة والليزر المختلط إلى زيادة ضبابية الخطوط. السؤال لم يعد "CW أو نابض؟" ولكن "أي مزيج من المصدر وشكل الشعاع والتحكم في النبض يحل التطبيق بأقل تكلفة إجمالية؟"

استخدم إطار العمل هذا لإدراج-قائمة مختصرة بالوضع الصحيح قبل طلب عرض أسعار:

الجدول 2: مصفوفة القرار الخاصة باللحام بالليزر النبضي مقابل اللحام المستمر. القيم هي خصائص عملية نموذجية، وليست ضمانات مطلقة. يوصى بالتحقق من صحة عينة -اللحام قبل إصدار الإنتاج.

خلاصة القول:اختر نابضًا عندما لا يتحمل الجزء الحرارة، أو يكون المفصل صغيرًا، أو تكون المادة شديدة الانعكاس. اختر CW عندما تكون السرعة والاختراق العميق والتكلفة المنخفضة للمتر أكثر أهمية من تقليل المخاطر المعرضة للخطر. بالنسبة للمهام التي تقع بينهما، قد يكون لحام الألياف QCW أو نظام الوضع المزدوج- هو المسار الأكثر مرونة.

إذا كنت بحاجة إلى حل جاهز للإنتاج-، فتصفح مجموعتنا منماكينات اللحام بالليزر الصناعيةأو استكشافماكينة لحام بليزر الألياف QCW ذات 6 محاورلتطبيقات QCW الآلية. أرسل المواد الخاصة بك والتفاصيل المشتركة إلىinfo@kingslaser.comللحصول على نموذج-تقييم اللحام.