جوشکاری و برش لیزری چیست؟

جوشکاری و برش لیزری چیست و چرا باید از جوشکاری پرتو لیزری استفاده کنیم؟ لیزر مخفف تقویت نور توسط Stimulated Emission of Radiation می­ باشد. پرتو لیزر یک نور منسجم (تک فاز) از طول موج منفرد (تک رنگ) است. پرتو لیزر واگرایی کم و میزان انرژی بالایی دارد و بنابراین در صورت برخورد به یک سطح سبب ایجاد گرما می­ شود.

جوشکاری پرتو لیزر یک تکنیک غیرتماسی در ساخت است که به وسیله آن دو یا چند قطعه از مواد (معمولاً فلز) از طریق استفاده از پرتو لیزر به یکدیگر وصل می­ شوند و دسترسی به منطقه جوش برای جوشکاری کافی است همچنین قطعات فقط از یک طرف جوشکاری می­ شوند.جوش لیزر به عنوان نور لیزر شدید به سرعت مواد را در میلی­ ثانیه گرم می­ کند.

چرا جوشکاری و برش لیزری ؟

انتقال انرژی جوشکاری پرتو لیزر نسبت به فرآیندهای جوش قوس الکتریکی متفاوت است. در جوشکاری با لیزر، جذب انرژی توسط یک ماده تحت تأثیر عوامل بسیاری از قبیل نوع لیزر، تراکم انرژی و شرایط سطح فلز پایه قرار می­ گیرد.

خروجی لیزر از نظر ماهیت، الکتریکی نیست و نیازی به جریان الکتریکی ندارد. این کار هرگونه اثر مغناطیس را از بین می ­برد و این روند را به مواد رسانا الکتریکی محدود نمی­ کند. لیزرها می­ توانند با هر ماده ­ای ارتباط برقرار کنند و نیازی به خلاء نیست و همچنین اشعه ایکس تولید نمی­ کنند.

جوشکاری لیزر در سه حالت متفاوت عمل می­ کند:

  1. جوشکاری هدایت شونده (Conduction)
  2. جوشکاری هدایت/ نفوذ (Conduction/Penetration)
  3. جوشکاری نفوذ (Keyhole or Penetration).

جوشکاری هدایت شونده (Conduction):

جوش ­های هدایت شونده با انرژی کم انجام می­ شوند و در نتیجه در قطعه، جوش کم عمق ایجاد می­ شود. جوشکاری هدایت شونده معمولاً زمانی اتفاق می­ افتد که قدرت تراکم به طور معمول کمتر از 105W/cm2  باشد.

پرتو لیزر فقط در سطح ماده جذب می­ شود و به آن نفوذ نمی­ کند. معمولاً عرض جوشکاری هدایت شونده نسبت به عمق آن بالاتر است . (تصویر شماره 1)

جوش های هدایت شونده با انرژی کم انجام می شوند

(تصویر شماره یک)

جوشکاری هدایت/ نفوذ (Conduction/Penetration):

جوشکاری هدایت/ نفوذ در انرژی تراکم متوسط رخ می­ دهد و باعث نفوذ بیشتری نسبت به جوشکاری هدایت شونده می­ شود.(تصویر شماره 2)

جوشکاری هدایت نفوذ در انرژی تراکم متوسط رخ می­ دهد و باعث نفوذ بیشتری نسبت به جوشکاری هدایت شونده می­ شود

تصویر شماره 2

جوشکاری نفوذ (Keyhole or Penetration)

جوش­ های نفوذ منجر به انتقال مستقیم انرژی به مواد جوشکاری شده و در نتیجه جوش­ های عمیق و باریک می­ شوند. جوشکاری لیزر معمولاً با استفاده از قدرت تراکم بالاتر، توسط مکانیسم سوراخ کلید انجام می­ شود.

به طور معمول تمرکز پرتو لیزر به یک نقطه کوچک کافی است تا بتواند قدرت تراکم > 106-107 W/cm2 تولید کند، مواد موجود در مسیر پرتو لیزر قبل از اینکه مقادیر قابل توجهی گرما، با هدایت از بین برود نه تنها ذوب می­ شوند بلکه بخارها را نیز می پوشانند، با برخورد پرتو متمرکز حفره­ای بنام ‘سوراخ کلید’ پر شده از بخار فلزی لیزر ایجاد می ­شود، این بخار در حال گسترش به جلوگیری از فروپاشی دیواره­ های مذاب سوراخ کلید در این حفره کمک می­ کند. (تصویر شماره 3)

جوش­ های نفوذ منجر به انتقال مستقیم انرژی به مواد جوشکاری شده و در نتیجه جوش­ های عمیق و باریک می­ شوند

تصویر شماره 3

علاوه بر این­، اتصال پرتوی لیزر به قطعه کار با تشکیل این سوراخ بطور چشم گیری بهبود می­ یابد. جوشکاری با نفوذ عمیق با عبور دادن سوراخ کلید در امتداد خط اتصال برای جوشکاری یا جابجایی خط اتصال با توجه به پرتو لیزر حاصل می­ شود، درنتیجه این فرآیند سبب تولید جوش­ هایی با نسبت عمق زیاد به عرض می­ گردد.

انواع اصلی لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری و برش

در جوشکاری و برش لیزری از انواع مختلف لیزر استفاده می گردد که عبارتند از:

لیزرهای گازی:

در این لیزرها از مخلوط گازهایی مانند هلیوم و نیتروژن استفاده می­ شود. نوع دیگری از لیزر، لیزرهای CO2 یا دی اکسید کربن می­ باشد که در آنها مخلوطی از دی اکسید کربن با خلوص بالا و گاز هلیوم و نیتروژن به عنوان گاز واسط استفاده می­ شود. در این لیزرها منبع تغذیه­ ای با ولتاژ بالا و جریان کم استفاده شده تا با استفاده از یک محیط لیزینگ، مخلوط گاز را در حالت پالسی یا مداوم تحریک کنند.

لیزرهای حالت جامد:

(نوع Nd: YAG و لیزرهای یاقوت) در طول موج 1 میکرومتر هم به صورت پالسی و هم مداوم عمل می­ کنند. عمل پالس اتصالات مشابه جوش­ های نقطه ­ای اما با نفوذ کامل می­ باشد. انرژی پالس 1 تا 100 ژول و زمان پالس 1 تا 10 میلی ثانیه می ­باشد.

لیزرهای دیود:

از این لیزر برای مواردی که مناطق جوشکاری بسیار کوچک است و دسترسی به آنها سخت می­ باشد استفاده می­ گردد. برای محافظت، گاز متناوب مورد نیاز است.

تاریخچه جوشکاری لیزر

انیشتین برای اولین بار اصول مکانیکی کوانتومی لیزرها را در آغاز قرن بیستم مطرح کرد.

  • 1960: اولین لیزر بنام لیزر یاقوت برای اولین بار در سال 1960 شروع به کار کرد.
  • 1970: اولین لیزرها با کارایی بالا در دهه 1970 با توسعه لیزرهای CO2 تولید شدند. از این زمان برنامه ­های کاربردی برای پرتوهای لیزر تکامل یافته اند.
  •  دهه 1980:  در این دهه لحیم کاری لیزر به یک روش محبوب برای پیوستن  قطعات الکترونیکی از طریق سوراخ در صفحه­ های مدار چاپی تبدیل شده است.
  • 1987: فرآیند همجوشی پودر لیزر توسعه یافت.
  • 2002: شرکت لیند گاز در آلمان، یک لیزر دیود با استفاده از گازهای فرآیندی و”اجزای گاز فعال” برای تقویت اثرات “هولینگ کلیدی” برای جوشکاری لیزر تولید کرده که در آن گاز آرگون-CO2، سرعت جوش را افزایش می ­د­هد و افزودن گاز فعال جهت جریان فلز را درون حوضچه جوش تغییر می­ دهد و جوش باریک و باکیفیت ­تری ایجاد می­ کند.

منابع : سایت twi-global , سایت amadaweldtech  , سایت weldguru

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *