يهدف اللحام بالليزر بشكل رئيسي إلى تحسين كفاءة وجودة لحام المواد رقيقة الجدران والأجزاء الدقيقة. لن نتحدث اليوم عن مزايا اللحام بالليزر، بل سنركز على كيفية استخدام غازات الحماية بشكل صحيح في اللحام بالليزر.
لماذا استخدام غاز الدرع في اللحام بالليزر؟
في اللحام بالليزر، يؤثر غاز الدرع على تشكيل اللحام، وجودته، وعمقه، وعرضه. في معظم الحالات، يكون لنفخ الغاز المُساعد تأثير إيجابي على اللحام، ولكنه قد يُسبب أيضًا آثارًا جانبية.
عندما تنفخ غاز الدرع بشكل صحيح، فإنه سوف يساعدك على:
✦حماية حوض اللحام بشكل فعال لتقليل الأكسدة أو حتى تجنبها
✦تقليل تناثر السوائل الناتج عن عملية اللحام بشكل فعال
✦تقليل مسام اللحام بشكل فعال
✦مساعدة بركة اللحام على الانتشار بالتساوي عند التصلب، بحيث يأتي خط اللحام بحافة نظيفة وناعمة
✦يتم تقليل تأثير الحماية الذي تسببه سحابة بخار المعدن أو سحابة البلازما على الليزر بشكل فعال، كما يتم زيادة معدل الاستخدام الفعال لليزر.
طالما أننوع غاز الدرع، ومعدل تدفق الغاز، واختيار وضع النفخإذا كانت هذه المعلومات صحيحة، يُمكن الحصول على أفضل نتائج اللحام. مع ذلك، قد يؤثر الاستخدام الخاطئ للغاز الواقي سلبًا على اللحام. قد يؤدي استخدام نوع غير مناسب من غاز الحماية إلى صرير اللحام أو تقليل خصائصه الميكانيكية. قد يؤدي ارتفاع أو انخفاض معدل تدفق الغاز بشكل كبير إلى أكسدة أكثر خطورة في اللحام وتداخل خارجي خطير مع المادة المعدنية داخل حوض اللحام، مما يؤدي إلى انهيار اللحام أو عدم انتظام تشكيله.
أنواع غاز الدرع
الغازات الوقائية الشائعة الاستخدام في لحام الليزر هي N2 وAr وHe. وتختلف خصائصها الفيزيائية والكيميائية، وبالتالي يختلف تأثيرها على اللحام.
النيتروجين (N2)
طاقة تأين النيتروجين (N2) معتدلة، أعلى من طاقة تأين الأرجون (Ar) وأقل من طاقة تأين الهيليوم (He). تحت إشعاع الليزر، تبقى درجة تأين النيتروجين (N2) ثابتة، مما يُقلل بشكل أفضل من تكوين سحابة البلازما ويزيد من فعالية الليزر. يتفاعل النيتروجين مع سبائك الألومنيوم والفولاذ الكربوني عند درجة حرارة معينة لإنتاج النتريدات، مما يُحسّن هشاشة اللحام ويُقلل من متانته، ويُؤثر سلبًا على الخواص الميكانيكية لمفاصل اللحام. لذلك، لا يُنصح باستخدام النيتروجين عند لحام سبائك الألومنيوم والفولاذ الكربوني.
ومع ذلك، فإن التفاعل الكيميائي بين النيتروجين والفولاذ المقاوم للصدأ الناتج عن النيتروجين يمكن أن يحسن قوة المفصل اللحام، مما سيكون مفيدًا لتحسين الخصائص الميكانيكية للحام، وبالتالي فإن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ يمكن أن يستخدم النيتروجين كغاز واقٍ.
الأرجون (Ar)
طاقة تأين الأرجون منخفضة نسبيًا، وترتفع درجة تأينه تحت تأثير الليزر. وبالتالي، لا يستطيع الأرجون، كغاز واقي، التحكم بفعالية في تكوين سُحب البلازما، مما يُقلل من فعالية استخدام اللحام بالليزر. السؤال المطروح: هل الأرجون خيارٌ غير مناسب للاستخدام في اللحام كغاز واقي؟ الإجابة هي لا. كونه غازًا خاملًا، يصعب تفاعل الأرجون مع معظم المعادن، بينما الأرجون رخيص الثمن. بالإضافة إلى ذلك، تُساعد كثافة الأرجون العالية على الغرق على سطح حوض اللحام المنصهر، مما يُوفر حمايةً أفضل له، لذا يُمكن استخدامه كغاز واقي تقليدي.
الهيليوم (He)
بخلاف الأرجون، يتميز الهيليوم بطاقة تأين عالية نسبيًا، مما يُمكّنه من التحكم بسهولة في تكوين سُحب البلازما. في الوقت نفسه، لا يتفاعل الهيليوم مع أي معادن، ما يجعله خيارًا مثاليًا للحام بالليزر. تكمن المشكلة الوحيدة في ارتفاع سعره نسبيًا. فبالنسبة للمصنّعين الذين يُنتجون منتجات معدنية بكميات كبيرة، يُضيف الهيليوم تكلفةً باهظةً إلى تكلفة الإنتاج. لذلك، يُستخدم الهيليوم عادةً في الأبحاث العلمية أو في المنتجات ذات القيمة المضافة العالية.
كيفية تفجير غاز الدرع؟
أولاً، يجب توضيح أن ما يُسمى "أكسدة" اللحام هو مجرد مصطلح شائع، يشير نظرياً إلى التفاعل الكيميائي بين اللحام والمكونات الضارة في الهواء، مما يؤدي إلى تلف اللحام. عادةً، يتفاعل معدن اللحام مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين في الهواء عند درجة حرارة معينة.
إن منع "أكسدة" اللحام يتطلب تقليل أو تجنب الاتصال بين هذه المكونات الضارة والمعادن الملحومة تحت درجة حرارة عالية، والتي لا تكون فقط في المعدن المنصهر في حوض اللحام ولكن طوال الفترة من الوقت الذي يذوب فيه المعدن الملحوم حتى يتصلب المعدن المنصهر في حوض اللحام وتبرد درجة حرارته إلى درجة حرارة معينة.
طريقتان رئيسيتان لنفخ غاز الدرع
▶يقوم أحدهما بنفخ غاز الدرع على المحور الجانبي، كما هو موضح في الشكل 1.
▶الطريقة الأخرى هي طريقة النفخ المحوري، كما هو موضح في الشكل 2.
الشكل 1.
الشكل 2.
يُعدّ اختيار طريقتي النفخ دراسةً شاملةً لجوانب متعددة. يُنصح عمومًا باستخدام طريقة النفخ الجانبي للغاز الواقي.
بعض الأمثلة على اللحام بالليزر
1. لحام الخرز/الخط المستقيم
كما هو موضح في الشكل 3، شكل لحام المنتج خطي، ويمكن أن يكون شكل الوصلة وصلة طرفية، وصلة تداخل، وصلة زاوية سالبة، أو وصلة لحام متداخلة. في هذا النوع من المنتجات، يُفضل استخدام غاز حماية ينفخ على المحور الجانبي، كما هو موضح في الشكل 1.
2. لحام الشكل أو المنطقة القريبة
كما هو موضح في الشكل 4، فإن شكل اللحام للمنتج هو نمط مغلق مثل محيط المستوى، وشكل متعدد المستويات، وشكل خطي متعدد الأجزاء، وما إلى ذلك. يمكن أن يكون شكل المفصل عبارة عن وصلة بعقب، أو وصلة تداخل، أو لحام متداخل، وما إلى ذلك. من الأفضل اعتماد طريقة الغاز الوقائي المحوري كما هو موضح في الشكل 2 لهذا النوع من المنتجات.
يؤثر اختيار غاز الحماية بشكل مباشر على جودة اللحام وكفاءته وتكلفة الإنتاج. ولكن نظرًا لتنوع مواد اللحام، فإن اختيار غاز اللحام في عملية اللحام الفعلية يكون أكثر تعقيدًا ويتطلب دراسة شاملة لمواد اللحام وطريقة اللحام وموضع اللحام، بالإضافة إلى متطلبات تأثير اللحام. من خلال اختبارات اللحام، يمكنك اختيار غاز اللحام الأنسب لتحقيق نتائج أفضل.
مهتم باللحام بالليزر وراغب في تعلم كيفية اختيار غاز الدرع
روابط ذات صلة:
وقت النشر: ١٠ أكتوبر ٢٠٢٢