مزایای جوشکاری لیزری ND:YAG

لیزر از بزرگ ‌ترین اختراعات قرن بیستم است و توسعه پیوسته آن بخش مهمی از تاریخ علم مهندسی و تکنولوژی شده است. با توجه به اینکه لیزر به‌صورت انرژی خالص باقدرت تمرکز بالا است،با توجه به این که مزایای جوشکاری لیزر با استفاده از لیزر ND:YAG بسیار بالا است ، در وسایل و ابزارهای تحقیقی به‌صورت فراوان مورداستفاده قرار می ‌گیرد. توانایی لیزر در علوم مختلف اندازه‌گیری، پزشکی، نور و اسیکتروسکوپی، احتراق، زمین‌شناسی، ارتباطات، فرآیند مواد و غیره به اثبات رسیده است و دارایی مزایایی از جمله موارد ذیل می­ باشد.

جوشکاری لیزر چیست؟

جوشکاری لیزری یک روش جوشکاری کارآمد و دقیق است که از پرتو لیزر با چگالی بالا به عنوان منبع حرارت استفاده می کند. این یکی از جنبه های مهم استفاده از فناوری پردازش مواد لیزری است. عموماً برای تکمیل اتصال مواد از پرتوهای لیزر پیوسته استفاده می شود. فرآیند فیزیکی متالورژی بسیار شبیه به جوشکاری با پرتو الکترونی است، یعنی مکانیزم تبدیل انرژی از طریق یک ساختار “چاله کلید” تکمیل می شود. دمای تعادل در حفره به حدود ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد می رسد و گرما از دیواره بیرونی حفره با دمای بالا برای ذوب فلز اطراف حفره منتقل می شود. سوراخ کوچک با بخار با دمای بالا پر می گردد، که توسط تبخیر مداوم مواد دیوار تحت تابش پرتو نور ایجاد می شود. پرتو نور به طور مداوم وارد سوراخ کوچک می شود و مواد خارج از سوراخ کوچک به طور مداوم جریان می یابد. همانطور که پرتو نور حرکت می کند، سوراخ کوچک همیشه در حالت جریان پایدار است. فلز مذاب فضای خالی ایجاد شده از سوراخ کوچک را پر می نماید و با آن متراکم و جوش تشکیل می شود.

مزایای جوشکاری با استفاده از لیزر ND:YAG

• سرعت سریع، عمق زیاد و تغییر شکل کوچک.
• می توان آن را در دمای اتاق یا تحت شرایط خاص جوش داد و تجهیزات جوشکاری ساده است. به عنوان مثال، هنگامی که لیزر از یک میدان الکترومغناطیسی عبور می کند، پرتو تغییر نخواهد کرد. لیزر را می توان در خلاء، هوا و محیط های گاز خاصی جوش داد و می توان آن را از طریق شیشه یا موادی که به پرتو شفاف هستند جوش داد.
• جوشکاری لیزری می تواند مواد نسوز مانند تیتانیوم و کوارتز را جوش دهد و می تواند مواد ناهمگن را با نتایج خوب جوش دهد.
• جوشکاری میکرو امکان پذیر است. پرتو لیزر پس از فوکوس شدن می تواند نقطه کوچکی به دست آورد و با جوش لیزری دقیق می تواند به طور دقیق در محل جوشکاری مونتاژ قطعات میکرو و کوچک که به طور خودکار در مقادیر زیاد تولید می شوند استفاده شود.

جوش های عمیق و باریک با جوش لیزر ND:YAG

جوشکاری لیزری اجازه می دهد تا جوش ها با عمق زیاد به عرض باریک ساخته شوند. بنابراین، جوش لیزری برای پیکربندی‌های مفصلی که برای بسیاری از تکنیک‌های جوشکاری دیگر (محدود با رسانایی) مناسب نیستند، مانند جوشکاری با پایه از طریق اتصالات لبه، امکان‌پذیر است. این اجازه می دهد تا از فلنج های کوچکتر در مقایسه با قطعات ساخته شده با جوشکاری نقطه ای مقاومت استفاده شود.

عمق نفوذ جوش در جوشکاری تک پاسی به قدرت لیزر بستگی دارد (لیزر ۱۰ کیلوروات فولاد ضخامت ۱۵ میلی ‌متر را در یک پاس جوش می ‌دهد). بنابراین عمق نفوذ زیاد، نیاز به ایجاد شیار V شکل برای تأمین نفوذ داشته و همچنین فلز پرکننده اضافی را حذف می ‌کند.

اعوجاج کم و حرارت ورودی کم

از دیگر مزایای جوشکاری لیزری ND:YAG می توان گفت که ، لیزرها یک منبع حرارتی بسیار متمرکز تولید می کنند که قادر به ایجاد سوراخ کلید است. در نتیجه، جوشکاری لیزری حجم کمی از فلز جوش تولید می‌کند و تنها مقدار محدودی گرما را به مواد اطراف منتقل می‌کند و در نتیجه نمونه‌ها نسبت به نمونه‌هایی که با بسیاری از فرآیندهای دیگر جوش داده شده‌اند، اعوجاج کمتری دارند. مزیت دیگری که از این ورودی گرمای کم حاصل می شود، عرض باریک مناطق تحت تأثیر حرارت در دو طرف جوش است که در نتیجه آسیب حرارتی کمتر و از دست دادن خواص در ماده اصلی مجاور جوش می شود.

• • تغییر فرم حرارتی قطعه کار خیلی کم بوده و درنتیجه قطعات ماشین‌ کاری شده را می ‌توان جوشکاری نمود.
  • قطعات بسیار حساس به حرارت را می ‌توان با این روش جوشکاری نمود مانند مدارهای الکتریکی و جوش شیشه به فلز
  • آسیب‌های متالورژیکی از قبیل رشد دانه شدید و وسعت منطقه مجاور جوش کاهش می ‌یابد.

مناسب برای طیف وسیعی از مواد و ضخامت

با لیزر، می توان بسیاری از مواد مختلف، فلزی و غیرفلزی، از جمله فولادها، فولادهای ضد زنگ، آلیاژهای Al، Ti و Ni، پلاستیک و منسوجات را جوش داد یا به هم وصل نمود. علاوه بر این، با توجه به نمونه فولادها، بسته به نوع و قدرت لیزر مورد استفاده، ضخامت ماده قابل جوشکاری میتواند از کمتر از یک میلی متر تا حدود ۳۰ میلی متر باشد.

فرآیند بدون تماس و یک طرفه

جوشکاری لیزری هیچ نیرویی به قطعات در حال اتصال وارد نمیکند و اغلب یک فرآیند یک طرفه است، یعنی تکمیل اتصال از یک طرف قطعه کار.

جوشکاری غیر پیوسته

با استفاده از لیزر، جوش‌های نقطه‌ای یا بخیه‌ای، در صورت مناسب بودن برای هدف و یا می‌توانند به آسانی جوش‌های پیوسته انجام دهد.

سرعت تولید بالا و انعطاف‌پذیری فرآیند

همانطور که در مقاله مقایسه جوش TIG و جوش لیزر ND:YAG در ترمیم قالب پلاستیک بررسی شد یکی دیگر از مزایای جوشکاری لیزر با استفاده از لیزر ND:YAG سرعت تولید بالا و انعلاف پذیری فرایند می باشد.

• • سرعت جوشکاری بالا بوده و می ‌تواند به چندین متر بر دقیقه برسد.
  • ماشین‌ های جوش لیزر را می ‌توان اتوماسیون کرده و همچنین به‌وسیله روبات‌ ها بکار برد.
  • جوشکاری در تمام حالت‌هایی که منبع لیزر قرارگرفته امکان‌پذیر است (برای حالت‌های جوشکاری عمودی و بالای سر وسیله‌ای برای محافظت از ابزار فوکوس بکار می‌رود).

محدودیت دستیابی به مناطق مختلف

از دیگر مزایای جوشکاری لیزر با استفاده از لیزر ND:YAG محدودیت دستیابی به مناطق مختلف است زیرا :

• • در حالتی که دستیابی به قسمت‌هایی که باید جوشکاری شود محدود است و یا در حالتی که فقط یک سطح در دسترس باشد، جوشکاری به این روش می ‌تواند صورت بپذیرد.
  • چندین لایه از مواد را فقط ازیک‌ طرف و در یک پاس می‌توان روی ‌هم جوش داد.
  • جوشکاری در عمیق‌ترین قسمت شکافه‌ای نازک، که در دیگر روش‌های ناممکن است، با این روش امکان‌پذیر می ‌باشد.

طراحی ترکیبی با این روش متحول شده است.

• • محدوده وسیعی از اتصالات متفاوت و مواد با قطرهای مختلف را می ‌توان جوشکاری نمود.
  • فرآیندهای ماشین‌ کاری پس از جوشکاری حذف‌ شده و اندازه منطقه موردنیاز برای جوش کاهش ‌یافته و درنتیجه در مصرف مواد صرفه‌جویی می ‌شود.
  • ملاحظات طراحی در رابطه با میدان‌های مغناطیسی و مسیرهای مدار کوتاه حذف می ‌شود.