连续激光（CW）与准连续激光（QCW）对比

CW与QCW区别

      CW激光器：CW是“continuous wave”的缩写，即连续波激光器。它是通过持续的激发能量来实现激光输出的，意味着激光一直保持开启直到停止。CW激光器通常具有较低的峰值功率和较高的平均功率

      如图1，连续激光就是可以持续不间断出光的激光器，统称连续激光，一般常见的金属切割、铜铝的焊接都是连续激光，应用最为广泛。连续激光器工艺调试主要的参数有：功率波形、离焦量、芯径光斑、速度；

      如图2，单模连续激光高斯能量分布示意图，表示一束激光的截面的能量分布，中间能量最高，外围依次降低，呈高斯分布（正态分布）。

       QCW是“quasi-continuous wave”的缩写，即准连续波激光器。脉冲激光器图a所示，通常激光是一个断续出光的过程；图b为激光能量分布，相比单模连续激光，QCW的能量分布更为集中，意味着QCW有着比连续激光器更大的能量密度（穿透能力更强），反映到金相上就是有更大的熔深穿透能力，打出来的金相类似钉子，深宽比较大QCW的高峰值激光功率、高能量密度使得QCW在高反合金、热敏感性材料、微连接上有巨大优势；图c为不同频率的脉冲激光器焊接示意图，可以看出脉冲焊接较为稳定，几乎没有飞溅[1]。

       QCW激光器主要应用了一种类似调Q的技术，后续单出一篇介绍。调Q是一种获得高能量短脉冲的有效方法，它是将一般输出的连续激光压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率提升几个数量级的一种技术。    在调Q过程中，增益介质在存储到足够多的能量之前，整个激光器谐振腔保持较高的腔损耗，此时激光器由于阈值太高，不能产生激光震荡，使得上能级粒子数可以大量积累，当积累到饱和值时，腔损耗迅速降低至一个很小的值，于是在短时间内大部分上能级粒子储存的能量转变为激光能量，在输出端产生一个强的激光脉冲输出。

       打个比方：类似圆鼓鼓的气球直接放开气嘴，缓慢持续放气叫连续激光，调Q则是把气球加压一下挤爆瞬间放气，连续和QCW大致就是这个情况。

连续激光与QCW准连续激光焊接效果相比：

1、外观QCW类似脉冲打点焊接，有鱼鳞纹，连续激光则是光滑、连贯曲线；

2、能量输入：连续激光持续输入，脉冲间歇性输入，反映到金相上，连续激光焊缝纵向金相连续，只有细微波动，脉冲激光则可清晰看到激光打孔似的单点激光金相拼接而成，每个激光对应的金相清晰可见；由此在焊缝连接强度上，连续要强于QCW激光焊接。

 1、QCW优势—避免羽辉影响材料吸光率，过程更稳定：在激光与材料相互作用过程中，材料会剧烈蒸发，在熔池上方形成金属蒸汽、等离子体等混合气体，统称金属羽辉，这些金属羽辉会遮蔽激光到达材料表面，从而导致到达材料表面激光功率的不稳定，导致产生飞溅、炸点、凹坑等缺陷；但是QCW的脉冲焊接因为是间歇出光（出5ms的光、间歇10ms，再出下一次光）,使得每次激光打到材料表面不受金属羽辉影响，相对焊接更为稳定，在薄板的焊接上有优势。

2、QCW优势—熔池稳定：熔池匙孔受力情况，连续激光作用时间长，热传导面积大，熔池面积大，液态金属多，所以连续焊接的熔池远大于QCW激光的熔池。气孔、裂纹、飞溅等缺陷皆和熔池息息相关：如熔池大，熔池的表面张力随温度升高降低，大熔池更容易出现匙孔坍塌如a3所示；QCW激光焊接由于能量更为集中，作用时间短，熔池主要围绕匙孔周围均匀存在，受力均匀，气孔、裂纹、飞溅相对发生率更低。

3、QCW优势—热影响区更小：连续激光持续作用于材料，使得热量不断地传导到材料中，薄材极易发生热变形，发生由内应力导致的裂纹等缺陷。QCW间歇性作用于材料，给了材料冷却的时间，所以在热影响区、热输入上更小，更适合加工薄材；以及靠近热敏元件的材料也只能选择QCW激光进行加工。

 4、QCW优势—峰值功率高：同样平均功率的连续与QCW激光，QCW能够实现更大的峰值功率，能量密度更高，打出的熔深更大，穿透力更强。    在铜合金、铝合金薄板焊接上，QCW更有优势。同样平均功率的连续激光能量密度低于QCW，可能激光到达材料表面打不出焊印，全部反射掉了，太高功率的连续激光在实现材料熔化之后激光吸收率会陡升，热输入突然增大，导致熔深、热输入不可控，在薄板焊接上无法使用，会出现要么打不出印，要么烧穿的现象，无法达到工艺要求。

CW激光焊接优势：

1、从金相上看：如左图所示，QCW脉冲焊接属于金相拼接，且频率上限大多在500Hz左右，重叠率低了有效熔深浅，重叠率高了，速度上不去，效率低下；连续激光则可以通过不同芯径激光、焊接头的选择实现高效连续的焊接，在一些对密封性要求较高的场合连续激光更为稳妥；

2、从热影响程度上来看：QCW脉冲激光焊存在重叠率问题，焊缝存在重复受热现象，因为焊接一次之后金属的金相和母材会有差距，大小位错不同，再次重熔之后很可能冷却速率不一致，容易出现裂纹，连续激光则不存在这种现象；

3、从调试难度上看：QCW脉冲激光需要调试脉冲重复频率、峰值功率、脉冲宽度、占空比、脉冲能量、平均功率、峰值功率密度、能量密度、离焦量等；连续激光则只需关注波形、速度、功率、离焦量即可，相对简单。

      QCW激光总结：两大优势高峰值功率、低热输入、工件变形小。

       由于脉冲持续时间短（通常为几毫秒），进入零件的热量被最小化，因此建议在热敏元件和极薄壁材料周围使用脉冲激光焊接。同时由于脉冲开始时传递的大量能量，脉冲激光焊接往往适用于反射金属。通常称为“增强型脉冲”，脉冲周期开始时的这种功率尖峰仅持续总脉冲持续时间的一小部分。然而，它的功率足以突破材料的反射率，同时保持较低的平均功率，从而减少热量。CW 激光器必须提供大量能量来耦合反射性很强的金属，由此产生的热量很容易损坏其中的零件或组件。    CW连续波激光焊接多为功率在500瓦以上的大功率激光器。一般来说，这种激光器应该用于1mm以上的板材。其焊接机理为基于匙孔效应的深熔焊，深宽比大，可达8:1以上，但是热输入相对较大。

     最后由于激光技术的进步当前也有连续激光调制技术实现连续激光的脉冲焊接，以及QCW激光器的高频脉冲焊接，后续将对比二者的区别与优势。

     最后的最后，本文只是一家之言，受限于工艺实践经验以及技术视野，难免有不当之处，本公众号建有相关工艺交流群，欢迎业界专家、前辈、同仁多多批评指正、多多交流。