جوشکاری لیزر (Laser Welding):
جوشکاری با لیزر (Laser Welding) از پیشرفته ترین اشکال جوشکاری است. کاربردهای آن در گستره ای از صنایع مختلف از هوا فضا تا ساخت جواهرات ظریف قرار دارد.
انواع و اقسام جوشکاری از قبیل جوشکاری CO2، جوشکاری آرگون، جوشکاری MIG و … وجود دارد، اماسوال اینجاست با اینهمه روش های جوشکاری، جوشکاری لیزری کاربردی خواهد بود؟
برای یافتن پاسخ تا انتها با ماهان لیزر همراه باشید.
تاریخچه جوشکاری لیزری
در سال 1967 برای اولین بار از تکنولوژی لیزر برای جوشکاری استفاده شد. در آزمایشات اولیه برای جوشکاری لیزر، به کمک گاز اکسیژن از پرتو لیزر CO2 غلیظ استفاده شد.
این آزمایشات توسط دکتر پیتر هولدكرافت صورت گرفت که مبنایی برای شروع ساخت دستگاه جوشکاری لیزری گردید.
جوشکاری لیزری با ذوب کردن فلز بدون ایجاد سوراخ صورت می گیرد که یکی از مزایای اصلی این جوشکاری است.
روند جوشکاری لیزر
جوشکاری با لیزر از یک پرتو نور بسیار متمرکز در یک نقطه بسیار ریز استفاده می کند تا قسمت زیر پرتو لیزر نور را جذب کرده و بسیار پرانرژی شود. همانطور که از پرتوهای لیزر قدرتمند استفاده می شود، الکترون های منطقه تا جایی که مواد ذوب می شوند (با شکستن پیوندهای اتم ها با یکدیگر) ذوب می شوند.
از جوشکاری لیزر می توان برای اتصال پلاستیک ها نیز استفاده کرد.
در قسمت درز با ذوب شدن فلز ، مفصلی ایجاد می شود که همان نقطه اتصال جوش می باشد. جای تعجب است که چگونه نور می تواند به اندازه کافی در فلزات فلزی در میلی ثانیه قدرت داشته باشد. برای دستیابی به چنین پرتوهای لیزری قدرتمندی، دستگاه جوشکاری لیزر از چندین قسمت استفاده می کند که لیزر را هدایت و تقویت می کند.
لیزرهای گازی، لیزرهای حالت جامد و لیزرهای الیافی سه لیزر رایج هستند که در دستگاه جوشکاری لیزر استفاده می شوند.
بطور معمول پرتو لیزر با استفاده از فیبرهای نوری به دستگاه جوش لیزر عرضه می شود. دستگاه های جوشکاری تک فیبر و دستگاه های جوشکاری چند فیب وجود دارد. دستگاه های جوشکاری با فیبرهای متعدد دارای لیزر متصل به هر فیبر هستند که با هر فیبر ، قدرت لیزر افزایش می یابد.
برای متمرکز کردن پرتو در یک نقطه قبل از اینکه دستگاه از آن خارج شود، غالبا از یک لنز کالایاتور همراه با یک لنز کانونی استفاده می شود.
چهار اتصال اصلی جوشکاری با جوشکاری لیزر امکان پذیر است:
جوش پشتی
جوش پرکننده قوس
جوشکاری همپوشانی
جوشکاری لبه فلنج
استفاده از گاز فرآوری در جوشکاری لیزر
اگر به دنبال جوشکاری لیزر بوده اید، ممکن است متوجه ثابت بودن نازل لیزر شوید که نازل دیگری که گاز را تامین می کند به آن متصل شده باشد.
اساسا، جریان گاز CO2 می باشد که با هدف جلوگیری از تماس سطح جوش به سمت محل جوش هدایت می شود.
بدون استفاده از گاز برش ، فقط دو گزینه برای هوای محل جوش وجود دارد – یا هوای طبیعی یا هوای خلا. جوشکاری لیزر در خلا مطمئنا امکان پذیر است، اما به دلیل هزینه زیاد و نیاز به تنظیمات خاص، مقرون به صرفه و کاربردی نیست.
جوشکاری لیزر بدون گاز پردازش (با استفاده از هوای محیط) می تواند اثرات نامطلوبی داشته باشد. از آنجا که غلظت نیتروژن در هوا بسیار زیاد است، می تواند با فلز مذاب مخلوط شود و باعث ایجاد حفره یا سوراخ در داخل جوش شود. چنین اتفاقاتی می تواند منجر به خرابی جوش شود.
عواملی مانند رطوبت هوا می تواند باعث تولید هیدروژن هنگام جوشکاری شود. انتشار هیدروژن به داخل فلز منجر به ضعف اتصالات جوشکاری می شود. از این رو جوشکاری لیزر در یک فضای طبیعی و بدون محافظ به هیچ وجه مطلوب صورت نمی گیرد.
دستگاه های جوش دارای یک اتصال گاز برش هستند که گاز را به سطح جوش می کشد و اطمینان حاصل می کند که هیچ ناخالصی با جوش مخلوط نشده است.
انواع جوشکاری با لیزر
جوشکاری با لیزر را می توان به دو روش انجام داد – جوشکاری با انتقال حرارت و جوشکاری Key Hole.
جوشکاری با انتقال حرارت: در این فرآیند سطح فلز بالاتر از نقطه ذوب فلز گرم می شود، اما نه در حدی که بخار شود. این فرآیند برای جوشکاری هایی که به مقاومت جوشکاری بالا احتیاج ندارند، استفاده می شود.
مزیت جوشکاری با هدایت گرم این است که جوش نهایی بسیار روان و از نظر ظاهری زیبایی و تمییزی دارد. از لیزر کم توان در محدوده <500W برای جوشکاری هدایت گرما استفاده می شود.
جوشکاری Key Hole : در این فرآیند، پرتوی لیزر، فلز را به گونه ای گرم می کند که سطح تماس بخار می شود و در عمق فلز فرو می رود. این فرآیند یک سوراخ (Key Hole) ایجاد می کند که در آن شرایطی مانند پلاسما ایجاد می شود که دما بیش از 10،000 K افزایش یابد.
این فرایند به لیزرهایی با قدرت بالا با توان بالاتر از 105W / mm2 نیاز دارد.
مقایسه جوشکاری لیزری با سایر فرآیندهای جوشکاری
جوشکاری با لیزر اغلب به همراه جوشکاری قوسی برای ایجاد چیزی به نام Hybrid Laser Arc Welding استفاده می شود. در جوشکاری قوس لیزر ترکیبی، هر یک از فرآیندهای جوشکاری قوس مانند MIG ، TIG یا SAW با جوشکاری لیزر با نفوذ عمیق استفاده می شود.
نتیجه یک جوشکاری است که هم از مزایای جوشکاری لیزر و هم جوشکاری قوسی برخوردار است .
به دلیل جوشکاری لیزر ، جوش حاصل دارای اتصالات نفوذی عمیق خواهد بود و همچنین تحمل بهتری در برابر اتصالات مفصل خواهد داشت. سایر اثرات نامطلوب مانند ترک خوردگی و تخلخل داخلی نیز کاهش می یابد.
جوشکاری با لیزر چندین مزیت را به همراه دارد که اغلب در سایر روشهای جوشکاری مشاهده نمی شود. برخی از مشخصات تعیین کننده جوشکاری لیزر عبارتند از:
- کل فرآیند جوشکاری را می توان با استفاده از تنظیم CAD / CAM به راحتی خودکار کرد
- در فرآیند هیچ الکترودی استفاده نمی شود
- هیچ نوع فرسودگی ابزار رخ نمی دهد
- جوشکاری لیزر در هدف گیری بسیار خاص است
- جوشکاری با کیفیت بالا به دست می آید
نتیجه
از جوشکاری پرتو لیزر برای جوشکاری با دقت بالا استفاده می شود. از آنجا که از هیچ الکترودی استفاده نمی کند، جوش نهایی سبک اما محکم خواهد بود. قیمت دستگاه جوش لیزری نسبت به قیمت دستگاه جوشکاری دیگر بالاتر بوده، اما کیفیت و مشخصات جوشکاری لیزر را نمی توان با روش های دیگر جوشکاری مقایسه کرد.
با قدرت و کارآیی بیشتر لیزرها ، آینده جوشکاری با لیزر مطمئناً درخشان است!