جوشکاری با لیزر و کاربردهای آن را بهتر بشناسید

جوشکاری با لیزر نوعی استفاده از قدرت نور برای ذوب فلزات است.  انواع و مزایا و کاربردهای این نوع جوشکاری را در این مطلب برای شما توضیح می دهیم.

تعریف جوشکاری لیزر

جوشکاری با لیزر (تقویت نور توسط تابش تابشی) از پیشرفته ترین اشکال جوشکاری است. کاربردهای آن در گستره ای از صنایع مختلف از هوافضا تا ساخت جواهرات ظریف قرار دارد. با این حال، انواع جوشکاری زیادی وجود دارد که مدتها قبل از جوشکاری لیزر مورد استفاده قرار گرفته است.

چرا وقتی گزینه های دیگری داریم به فناوری لیزر نیاز داریم؟

ما پس از گذراندن مختصری از شروع فن آوری، به این موضوع می پردازیم. این انیشتین بود که انتشار تحریک شده را که اصل اساسی لیزر است پیش بینی کرد.

جوشکاری لیزر در چه سالی انجام شد؟

فقط در سال 1967 بود که ما برای اولین بار از لیزر برای قابلیت جوشکاری و برش آن استفاده کردیم. لیزر مورد استفاده در آزمایشات 1967 از گاز کمکی اکسیژن با پرتوی لیزر کربن دی اکسید غلیظ استفاده می کند. ریاست این پروژه را دکتر پیتر هولدكرافت بر عهده داشت. برشکاری با لیزر گاز، اساس جوشکاری با لیزر است زیرا شامل ذوب شدن فلز بدون ایجاد سوراخ در آن است.

روند جوشکاری لیزر

جوشکاری 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، الکترونهای منطقه تا جایی که مواد ذوب می شوند و در نتیجه شکستن پیوندهای اتمها با یکدیگر ذوب می شوند. از جوشکاری لیزر می توان برای اتصال پلاستیک ها نیز استفاده کرد. این ذوب شدن دو ماده درزهای آنها، آنها را به صورت مفصلی در می آورد. جای تعجب است که چگونه نور می تواند به اندازه کافی در فلزات فلزی در میلی ثانیه قدرت داشته باشد.

لیزرهای مورد استفاده در دستگاه جوشکاری لیزر

لیزرهای گازی ، لیزرهای حالت جامد و لیزرهای الیافی سه لیزر متداول مورد استفاده در دستگاه جوشکاری لیزر هستند. به طور معمول ، پرتو لیزر با استفاده از فیبر نوری به دستگاه جوش لیزر عرضه می شود. دستگاه جوشکاری تک فیبر وجود دارد و چندین دستگاه جوش الیاف نیز وجود دارد. دستگاه های جوشکاری فیبرهای متعدد به هر فیبر لیزر متصل هستندو  با هر فیبر، قدرت لیزر افزایش می یابد. برای متمرکز کردن پرتو به یک نقطه قبل از اینکه دستگاه از آن خارج شود، غالباً از یک لنز کولیماتور همراه با یک لنز کانونی استفاده می شود.

انواع اتصال ها در جوشکاری لیزر

• باتد جوش
• دور پر کننده جوش
• 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 شده باشید که نازل دیگری است که گازی را تأمین می کند که به آن گاز یا گاز برش گفته می شود. اساساً، این جریان مخزن گاز است که معمولاً کربن دی اکسید است و با هدف جلوگیری از تماس سطح جوش با جو نیز به سمت محل جوش هدایت می شود.

روش جوشکاری لیزر

بدون استفاده از مخزن گاز برش، فقط دو گزینه جو طبیعی یا خلا برای جوشکاری وجود دارد. جوشکاری لیزر در خلا قطعاً امکان پذیر است، اما به دلیل هزینه زیاد و نیاز به تنظیمات ویژه قابل قبول نیست.

جوشکاری با جو طبیعی

در یک جو طبیعی ، جوشکاری لیزر بدون مخزن گاز پردازش 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 با لیزر در یک فضای طبیعی و بدون محافظ به هیچ وجه سرگرم نمی شود. دستگاه جوشکاری دارای 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 لیزر

1- 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 گرما این است که جوش نهایی بسیار روان و از نظر زیبا است. از لیزر کم توان در محدوده <500W برای جوشکاری هدایت گرما استفاده می شود.

2- جوشکاری سوراخ کلید

در جوشکاری پرتو لیزر فلز را به گونه ای گرم می کند که سطح تماس بخار می شود و در عمق فلز فرو می رود. این یک سوراخ کلید را ایجاد می کند که در آن شرایطی مانند پلاسما ایجاد می شود که دما بیش از 10 هزار کیلوگرم باشد. این فرایند جوشکاری به لیزرهایی با قدرت بالا با توان بالاتر از 105W / mm2 نیاز داشت.

توضیحات تکمیلی

جوشکاری لیزر غالباً همراه با جوشکاری قوس الکتریکی برای ایجاد چیزی به نام هیبرید جوشکاری قوس لیزرHybrid Laser Arc) Welding) استفاده می شود. در جوشکاری پرتو لیزر ترکیبی، هر فرآیند جوشکاری قوس مانند MIG ، TIG یا SAW با جوشکاری لیزر با نفوذ عمیق استفاده می شود. به دلیل جوشکاری با لیزر، جوش حاصل دارای اتصالات نفوذی عمیق خواهد بود و همچنین دارای تحمل بهبود یافته در برابر اتصالات مفصل خواهد بود. سایر اثرات نامطلوب مانند ترک خوردگی و تخلخل داخلی نیز کاهش می یابد.

مزایای استفاده از روش جوشکاری لیزر

• کل فرآیند جوشکاری را می توان با استفاده از تنظیم CAD / CAM به راحتی خودکار کرد
• در فرآیند از الکترود استفاده نمی شود
• هیچ نوع فرسودگی ابزار رخ نمی دهد
• این جوشکاری 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 الکترود استفاده نمی کند ، جوش نهایی سبک اما محکم خواهد بود. سرمایه گذاری اولیه مطمئناً گران است ، اما کیفیت و مشخصات جوشکاری لیزر به راحتی قابل تکرار نیست.

منبع: interestingengineering