تحلیل حالت‌های کاری و سناریوهای قابل اجرا در دستگاه جوشکاری لیزری QCW

دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW (موج شبه پیوسته) نوعی از تجهیزات جوشکاری لیزری هستند که ویژگی‌های عملیاتی آن‌ها بین لیزرهای پیوسته و لیزرهای ضربه‌ای سنتی قرار دارد. با ترکیب توان پیک بالا و مدت زمان نسبتاً طولانی ضربه، لیزرهای QCW مزایای مشخصی در جوشکاری ورق‌های نازک، جوشکاری دقیق و کاربردهای حساس به ورودی حرارتی ارائه می‌دهند. این مقاله به تحلیل منسجمی از حالات کاری دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW و سناریوهای کاربردی متداول آن‌ها می‌پردازد.

1. اصل کار پایه‌ای دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW

منابع لیزر QCW به‌صورت پالسی کار می‌کنند، اما هر پالس دارای مدت زمان طولانی‌تر و فرکانس تکرار بالاتری است. در نتیجه، خروجی لیزر در طول زمان رفتاری شبه پیوسته از خود نشان می‌دهد. در مقایسه با لیزرهای پالس کوتاه، لیزرهای QCW قدرت پیک بالاتری و انرژی متمرکز‌تری تحویل می‌دهند. در مقایسه با لیزرهای موج پیوسته، این لیزرها امکان کنترل بهتر ورودی حرارتی را در عین حفظ چگالی انرژی لحظه‌ای بالا فراهم می‌کنند.

در حین فرآیند جوشکاری، پرتو لیزر از طریق یک فیبر نوری منتقل شده و روی سطح قطعه کار متمرکز می‌شود. مواد در مدت زمان کوتاهی ذوب شده و یک حوضچه مذاب پایدار تشکیل می‌دهند. ورودی حرارت از طریق فواصل پالس تنظیم می‌شود که این امر منجر به ایجاد منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) کوچک‌تر و بهبود شکل دهی درز جوش می‌گردد.

2. مد‌های اصلی کاری دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW
2.1 حالت جوشکاری تک‌پالسی

در حالت پالس تکی، لیزر پالس‌های منفردی با انرژی از پیش تعیین‌شده تولید می‌کند و برای کاربردهای جوشکاری نقطه‌ای و جوشکاری میکرو مناسب است. انرژی می‌تواند به‌دقت کنترل شود و این امر تضمین‌کننده اندازه یکنواخت نقطه جوش و تکرارپذیری بالا است. این حالت برای کاربردهایی با الزامات دقیق بسیار مناسب است.

ویژگی‌ها:

ورودی گرمای کنترل‌شده

یکنواختی بالای نقطه جوش

تغییر شکل حداقلی مواد

2.2 حالت جوشکاری همپوشانی چندپالسه

در حالت چندپالسه، لیزر یک سری پالس را به‌صورت مداوم تولید می‌کند. افزایش درز جوش از طریق همپوشانی پالس‌ها حاصل می‌شود و یک رد جوش پیوسته ایجاد می‌کند. این حالت بین کارایی جوشکاری و کنترل حرارتی تعادل برقرار می‌کند و برای درزهای جوش کوتاه تا متوسط مناسب است.

ویژگی‌ها:

ادامیت خوب جوش

رفتار پایدار حوضچه مذاب

مناسب برای جوشکاری لبه‌ای ورق‌های نازک

2.3 حالت جوشکاری شبه-پیوسته

در حالت تقریباً پیوسته، فرکانس‌های بالاتر و عرض پالس‌های طولانی‌تری به کار گرفته می‌شود که منجر به خروجی لیزری می‌شود که در مقیاس ماکروسکوپی شباهت زیادی به عملکرد موج پیوسته دارد. این حالت، توان پیک بالا را حفظ می‌کند و در عین حال ورودی گرمایی مداوم را کاهش می‌دهد و بنابراین برای کاربردهایی با الزامات سخت‌گیرانه در مورد مناطق تحت تأثیر حرارتی مناسب است.

ویژگی‌ها:

توان پیک بالا

کاهش منطقه تحت تأثیر گرما

تشکیل یکنواخت درز جوش

3. سناریوهای کاربردی معمول دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW
3.1 جوشکاری ورق‌های فلزی نازک

دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW به‌ویژه برای جوشکاری مواد نازکی مانند فولاد ضدزنگ، فولاد کربنی، فولاد گالوانیزه و آلیاژهای آلومینیوم مناسب هستند. توان لحظه‌ای بالا امکان نفوذ سریع مواد را فراهم می‌کند، در حالی که ورودی گرمایی کنترل‌شده به جلوگیری از عیوبی مانند سوراخ شدن و فروپاشی بیش از حد کمک می‌کند.

3.2 جوشکاری قطعات دقیق

در کاربردهایی که شامل قطعات الکترونیکی، سنسورها، دستگاه‌های پزشکی و قطعات مکانیکی دقیق هستند، لیزر QCW امکان جوشکاری موضعی با حداقل تأثیر حرارتی را فراهم می‌کند و خطر آسیب حرارتی به قطعات حساس اطراف را کاهش می‌دهد.

3.3 کاربردهای جوشکاری لیزری دستی

دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW به‌طور گسترده در سیستم‌های جوشکاری دستی استفاده می‌شوند. خروجی انرژی پایدار و مصرف نسبتاً پایین توان کلی آن‌ها، باعث می‌شود که برای درزهای جوش کوتاه، جوشکاری متناوب و عملیات در محل مناسب باشند و کاربری و انعطاف‌پذیری اپراتور را بهبود بخشند.

3.4 کاربردهای جوشکاری حساس به تغییر شکل حرارتی

برای قطعات کاری که نیازمند تختی دقیق هستند یا موادی که تمایل به تغییر شکل دارند — مانند ساختارهای نازک‌دیواره و مجموعه‌های کوچک فلزی — قابلیت مدولاسیون پالس لیزر QCW به کنترل رفتار سرد شدن حوضچه مذاب و کاهش تمرکز تنش ناشی از جوشکاری کمک می‌کند.

4. خلاصه‌ای از مزایای کاربردی دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW

ویژگی‌های خروجی بین لیزر پیوسته و لیزر پالسی، با ارائه انطباق‌پذیری قوی در فرآیند

توان ناهموار بالا برای اشتعال سریع و تشکیل حوضچه مذاب پایدار

ورودی حرارتی قابل تنظیم با منطقه تحت تأثیر حرارت کوچک

به‌ویژه مناسب برای کاربردهای جوشکاری ورق‌های نازک، جوشکاری دقیق و جوشکاری دستی

با ارائه حالت‌های کاری انعطاف‌پذیر، دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW تعادل موثری بین کارایی جوشکاری و کیفیت اتصال ایجاد می‌کنند. در جوشکاری ورق‌های نازک، جوشکاری دقیق و کاربردهایی با الزامات سخت‌گیرانه کنترل حرارتی، دستگاه‌های جوشکاری لیزری QCW انطباق‌پذیری فرآیندی عالی نشان می‌دهند. انتخاب مناسب از حالت‌های کاری و بهینه‌سازی تطابق پارامترها، کلید بهره‌برداری کامل از مزایای عملکردی آن‌ها است.