يمكن إجراء اللحام بالليزر باستخدام مولد ليزر مستمر أو نبضي. يُقسّم مبدأ اللحام بالليزر إلى لحام بالتوصيل الحراري ولحام بالانصهار العميق بالليزر. تُعدّ كثافة الطاقة التي تقل عن 104~105 واط/سم² لحامًا بالتوصيل الحراري، وفي هذه الحالة يكون عمق الانصهار وسرعة اللحام بطيئين. أما عندما تزيد كثافة الطاقة عن 105~107 واط/سم²، فيتقعر سطح المعدن إلى شكل "ثقوب رئيسية" تحت تأثير الحرارة، مما يُشكّل لحامًا بالانصهار العميق يتميز بسرعة لحام عالية ونسبة عرض إلى عمق كبيرة.
اليوم، سوف نغطي بشكل أساسي معرفة العوامل الرئيسية التي تؤثر على جودة اللحام بالاندماج العميق بالليزر
1. قوة الليزر
في لحام الاندماج العميق بالليزر، تتحكم طاقة الليزر في كلٍّ من عمق الاختراق وسرعة اللحام. يرتبط عمق اللحام ارتباطًا مباشرًا بكثافة طاقة الشعاع، ويعتمد على طاقة الشعاع الساقط ونقطة بؤرة الشعاع. بشكل عام، يزداد عمق الاختراق مع زيادة طاقة الشعاع عند قطر معين.
2. النقطة المحورية
يُعد حجم بقعة الشعاع أحد أهم المتغيرات في اللحام بالليزر، إذ يُحدد كثافة الطاقة. إلا أن قياسه يُمثل تحديًا لأجهزة الليزر عالية الطاقة، على الرغم من توفر العديد من تقنيات القياس غير المباشر.
يمكن حساب حجم بقعة حد الحيود لبؤرة الشعاع وفقًا لنظرية الحيود، إلا أن حجم البقعة الفعلي أكبر من القيمة المحسوبة نظرًا لضعف الانعكاس البؤري. أبسط طريقة قياس هي طريقة ملف تعريف درجة الحرارة المتساوية، والتي تقيس قطر البقعة البؤرية والثقب بعد حرق الورق السميك واختراقه للوحة البولي بروبيلين. تُمكّن هذه الطريقة، من خلال ممارسة القياس، من إتقان حجم طاقة الليزر وزمن عمل الشعاع.
3. الغاز الوقائي
غالبًا ما تستخدم عملية اللحام بالليزر غازات واقية (الهيليوم والأرجون والنيتروجين) لحماية حوض المنصهر، مما يمنع قطعة العمل من الأكسدة أثناء عملية اللحام. والسبب الثاني لاستخدام الغاز الواقي هو حماية عدسة التركيز من التلوث بأبخرة المعدن والرش بقطرات السائل. وخاصة في اللحام بالليزر عالي الطاقة، تصبح المقذوفات قوية جدًا، ومن الضروري حماية العدسة. والتأثير الثالث للغاز الواقي هو أنه فعال للغاية في تشتيت درع البلازما الناتج عن اللحام بالليزر عالي الطاقة. يمتص بخار المعدن شعاع الليزر ويتأين في سحابة بلازما. كما يتأين الغاز الواقي حول بخار المعدن أيضًا بسبب الحرارة. إذا كان هناك الكثير من البلازما، فإن شعاع الليزر يستهلك بطريقة ما بواسطة البلازما. وباعتبارها الطاقة الثانية، توجد البلازما على سطح العمل، مما يجعل عمق اللحام أقل عمقًا وسطح حوض اللحام أوسع.
كيفية اختيار غاز الحماية المناسب؟
4. معدل الامتصاص
يعتمد امتصاص المادة لليزر على بعض خصائصها المهمة، مثل معدل الامتصاص، والانعكاسية، والتوصيل الحراري، ودرجة حرارة الانصهار، ودرجة حرارة التبخر. ومن بين جميع هذه العوامل، يُعد معدل الامتصاص العامل الأهم.
هناك عاملان يؤثران على معدل امتصاص المادة لشعاع الليزر. الأول هو معامل مقاومة المادة. وقد وُجد أن معدل امتصاص المادة يتناسب طرديًا مع الجذر التربيعي لمعامل المقاومة، ويتغير معامل المقاومة بتغير درجة الحرارة. ثانيًا، تؤثر حالة سطح المادة (أو تشطيبها) بشكل كبير على معدل امتصاص الشعاع، مما يؤثر بشكل كبير على فعالية اللحام.
5. سرعة اللحام
تؤثر سرعة اللحام بشكل كبير على عمق الاختراق. فزيادة السرعة تُقلل عمق الاختراق، بينما يؤدي انخفاضها إلى ذوبان مفرط للمواد ولحام قطعة العمل. لذلك، يُحدد نطاق سرعة لحام مناسب لمادة معينة بقوة ليزر معينة وسمك معين، ويمكن الحصول على أقصى عمق اختراق عند قيمة السرعة المقابلة.
6. البعد البؤري للعدسة البؤرية
عادةً ما تُركّب عدسة تركيز في رأس مسدس اللحام، وعادةً ما يُختار طول بؤري يتراوح بين 63 و254 مم (قطره 2.5 بوصة ~ 10 بوصات). يتناسب حجم نقطة التركيز مع البعد البؤري، فكلما قصر البعد البؤري، صغرت النقطة. ومع ذلك، يؤثر طول البعد البؤري أيضًا على عمق التركيز، أي أن عمق التركيز يزداد بالتزامن مع البعد البؤري، لذا يُحسّن قصر البعد البؤري كثافة الطاقة. ولكن نظرًا لصغر عمق التركيز، يجب الحفاظ على دقة المسافة بين العدسة وقطعة العمل، مع مراعاة أن يكون عمق الاختراق مناسبًا. نظرًا لتأثير رذاذ الليزر ووضع الليزر أثناء اللحام، فإن أقصر عمق بؤري يُستخدم في اللحام الفعلي هو في الغالب 126 مم (قطره 5 بوصات). يمكن اختيار عدسة ذات طول بؤري يبلغ 254 مم (قطره 10 بوصات) عندما يكون خط اللحام كبيرًا أو عندما يلزم زيادة حجم نقطة اللحام. في هذه الحالة، يلزم إنتاج ليزر أعلى (كثافة طاقة) لتحقيق تأثير ثقب الاختراق العميق.
المزيد من الأسئلة حول سعر وتكوين آلة اللحام بالليزر المحمولة
وقت النشر: ٢٧ سبتمبر ٢٠٢٢