روش های جوشکاری لیزری آلومینیوم

بهترین لیزر برای جوشکاری آلومینیوم چیست ؟ از چه روش های جوشکاری لیزری می توان برای  آلومینیوم استفاده نمود ؟ لیزرهای توصیه شده برای جوشکاری آلومینیوم به چهار دسته اصلی از لیزرها تقسم می­ گردند:

• • CO2
  • Nd:YAG (نئودیمیم: ایتریوم-آلومینیوم-گارنت)
  • فایبر (به طور کلی دوپ شده با ایتربیوم)
  • دیسک (Yb:YAG ایتربیوم)

همه این فناوری‌ها قادر به تولید جوش‌های آلومینیومی با کیفیت بالا هستند و روش مورد استفاده اغلب به هزینه‌های عملیاتی بستگی دارد تا کیفیت جوش. با این حال، هر فرآیند دارای ویژگی‌های کمی متفاوت است که می‌تواند برخی از انواع لیزرها را برای کاربردهای خاص، پیکربندی اتصالات و ترکیب‌های آلیاژ آلومینیوم ترجیح داد.

آلیاژهای آلومینیوم سبک وزن هستند، رسانایی حرارتی و الکتریکی خوبی دارند و کار کردن با آنها نسبتاً ارزان است. بنابراین، جای تعجب نیست که آنها با فرکانس افزایش یافته در کاربردهای تولید محصول از باتری ها و بسته بندی های الکترونیکی گرفته تا قطعات خودرو و بسته بندی کالاهای مصرفی استفاده می­ گردند. با این حال، جوشکاری لیزری آلومینیوم به سه دلیل اصلی دشوارتر از جوشکاری دیگر فلزات می­ باشد:

1. بازتاب پذیری بالا

آلومینیوم نسبت به لیزرهای Nd:YAG و فیبر با طول موج ۱۰۶۴ یا ۱۰۷۰ نانومتر منعکس کننده بالایی دارد، به این معنی که چگالی توان بالایی برای غلبه بر این انعکاس و قادر ساختن لیزر به ارائه گرما به قطعه مورد نیاز است.

2. لایه اکسید سطحی

برداشتن لایه اکسید به وسیله مکانیکی یا شیمیایی تضمین می کند که کثیفی و آلاینده هایی که ممکن است در لایه اکسید وجود داشته باشد پاک شود. توجه داشته باشید که باید از آبکاری در ناحیه جوش اجتناب شود زیرا معمولاً باعث ترک خوردگی جوش می ­شود.

3. عناصر آلیاژی فرار

 انتخاب مواد برای جلوگیری از عناصر آلیاژی فرار که می توانند باعث تخلخل و ترک بیش از حد شوند، کلیدی است، انتخاب مواد خوب معمولی ۱۰۵۰، ۲۲۱۹، ۳۰۰۳، ۵۰۵۲، ۶۰۶۱ و ۴۰۴۷ است. توجه داشته باشید که ۶۰۶۱ فقط در ترکیب با ۴۰۴۷ قابل جوش می­باشد (البته ۴۰۴۳ قابل استفاده است) به دلیل محتوای سیلیکون آلیاژ ۴۰۴۷ که از ترک خوردن جلوگیری می ­نماید.

جوشکاری لیزری در مقایسه با سایر سیستم های جایگزین

از طریق جوشکاری لیزری می‌توانیم در مقایسه با سایر روش‌های جایگزین مانند جوشکاری TIG یا MIG به مزایای متعددی دست پیدا کنیم. در زیر، مزایای اصلی را شرح خواهیم داد که جوشکاری لیزر را به گزینه اصلی در هنگام انتخاب بین یک یا گزینه دیگر تبدیل نماید.

• دقت و کیفیت:

 جوشکاری لیزری دقت بالایی در اتصال مواد ایجاد می­ نماید. پرتو لیزر متمرکز امکان کنترل دقیق مقدار انرژی اعمال شده را فراهم می­ کند و در نتیجه جوش­ هایی با کیفیت بالا با ناحیه تحت تأثیر حرارت کوچکتر ایجاد می ­نماید. این امر سبب می­گردد مفاصل تمیزتر با اعوجاج  و پتانسیل کمتری برای نقص ایجاد شوند.

• سرعت و بهره وری:

جوشکاری لیزری فرآیندی سریع در مقایسه با سایر روش های جوشکاری است. چگالی انرژی بالای لیزر امکان ذوب و انجماد سریع مواد را فراهم می‌نماید و در نتیجه چرخه‌های جوشکاری کوتاه‌تر می‌شود. این امر بهره وری و کارایی خط تولید را بهبود می بخشد.

• تطبیق پذیری مواد:

 جوشکاری لیزری می­ تواند طیف گسترده­ای از مواد از جمله فلزات، پلاستیک، سرامیک و شیشه را به هم متصل نماید. این امکان کاربرد در صنایع مختلف، از خودروسازی و هوافضا گرفته تا الکترونیک و پزشکی را فراهم می­ کند.

• منطقه تحت تأثیر حرارت کنترل شده:

جوشکاری لیزری یک منطقه تحت تأثیر حرارت بسیار کوچک و کنترل شده ایجاد می­ نماید. این موضوع سبب به حداقل رساندن آسیب حرارتی به مواد اطراف به ویژه در کاربردهایی که به دقت بالا نیاز است می­ گردد و از تغییر شکل یا آسیب جلوگیری می­ نماید.

• جوشکاری بدون تماس:

در حین جوشکاری لیزر، پرتو لیزر بدون تماس فیزیکی با مواد، متمرکز شده و به ناحیه اتصال هدایت می شود. این امر از سایش و آلودگی که می تواند با سایر روش های جوشکاری که نیاز به تماس مستقیم دارند ایجاد شود، جلوگیری می کند.

• جوشکاری در مناطق صعب العبور:

 به دلیل انعطاف پذیری پرتو لیزر، جوشکاری لیزر می تواند به مناطقی که دسترسی به آن سخت است، مانند اتصالات باریک یا فضاهای محدود، برسد. این به اجزای جوشکاری اجازه می دهد که دسترسی به آنها با سایر روش های جوشکاری دشوار باشد.

• حداقل اعوجاج:

 جوش لیزری اعوجاج و تغییر شکل کمتری نسبت به سایر روش های جوشکاری ایجاد می کند. سرعت گرمایش و سرمایش بالا اثر انبساط حرارتی را کاهش می دهد که به حفظ شکل و ابعاد اصلی قطعات جوش داده شده کمک می کند.

حتما مطالعه کنید : نکات مهم علامت­ گذاری فلزات با لیزر CO2 و فایبر

روش های عملیات جوشکاری لیزری آلومینیوم

انرژی پرتو لیزر را می توان به صورت مجموعه ای از پالس ها، به صورت یک پرتو پیوسته بر روی قطعه کار اعمال نمود. تصمیم برای استفاده از یک روش خاص به کاربرد، خواص مواد و غیره بستگی دارد.

• جوشکاری لیزری پالسی

لیزر پالسی دقیقاً به این صورت است: پرتو با سرعت بسیار بالایی (۱۰-۱۰۰۰ هرتز) روشن و خاموش می شود به طوری که انرژی اعمال شده به قطعه کار مجموعه ای از انفجارهای جداگانه است. هر پالس ناحیه ای از مواد ذوب شده را ایجاد می کند، سپس قطعه کار کمی جابجا می شود و پالس دیگری اعمال می گردد و در نتیجه یک سری جوش های همپوشانی یک مهره پیوسته ایجاد می کند. هر ناحیه جوش ایجاد شده توسط یک پالس به سرعت سرد می شود، که مقدار گرما را در مواد اطراف به حداقل می رساند، که به نوبه خود میزان داغ شدن قطعه را محدود می نماد، که به نوبه خود ذوب و اعوجاج قطعه را به حداقل می رساند. به دلیل رسانایی حرارتی بالای آلومینیوم، لیزر پالسی معمولاً بهترین راه برای جوشکاری لیزری آلومینیوم در مواقعی که ورودی حرارتی کم مورد نیاز است، می ­باشد.

• جوشکاری لیزری موج پیوسته

جوش لیزری موج پیوسته برای جوش های با نفوذ عمیق استفاده می شود و اغلب به عنوان جوشکاری سوراخ کلید شناخته می شود. یک پرتو ثابت از نور لیزر به قطعه کار اعمال می شود که سپس به زیر پرتو منتقل می ­گردد. مواد روی لبه جلویی پرتو لیزر با سرد شدن لبه انتهایی ذوب می شوند. لیزرهای موج پیوسته معمولاً با سرعت ۲۵ تا ۱۰۰ اینچ در دقیقه تغذیه می شوند تا قطعات بیش از حد گرم نشوند. از آنجایی که گرما با سرعت ثابتی اعمال می شود و قطعه در معرض گرمایش و سرمایش مداوم لیزر پالسی قرار نمی گیرد، جوشکاری موج پیوسته ممکن است برای برخی از آلیاژهای آلومینیوم حساس تر به ترک مناسب تر باشد.

منبع : سایت ebindustries