شرح اللحام بالليزر – أساسيات اللحام بالليزر 101 |

ما هو اللحام بالليزر؟ شرح اللحام بالليزر! كل ما تحتاج لمعرفته حول اللحام بالليزر، بما في ذلك المبادئ الأساسية ومعايير العملية الرئيسية!

لا يفهم العديد من العملاء المبادئ الأساسية لعمل آلة اللحام بالليزر، ناهيك عن اختيار آلة اللحام بالليزر المناسبة، ومع ذلك، فإن Mimowork Laser موجودة هنا لمساعدتك في اتخاذ القرار الصحيح وتقديم الدعم الإضافي لمساعدتك في فهم اللحام بالليزر.

ما هو اللحام بالليزر؟

لحام الليزر هو نوع من لحام الذوبان، وذلك باستخدام شعاع الليزر كمصدر للحرارة لحام، ومبدأ اللحام هو أن طريقة محددة لتحفيز الوسط النشط، وتشكيل تذبذب تجويف الرنين، ومن ثم تحويلها إلى شعاع الإشعاع المحفز، عندما شعاع وقطعة العمل الاتصال مع بعضها البعض، يتم امتصاص الطاقة من قبل قطعة العمل، عندما تصل درجة الحرارة إلى نقطة انصهار المادة يمكن لحام.

وفقًا للآلية الرئيسية لحوض اللحام، يتميز اللحام بالليزر بآليتين أساسيتين: اللحام بالتوصيل الحراري واللحام بالاختراق العميق (ثقب المفتاح). تنتشر الحرارة الناتجة عن اللحام بالتوصيل الحراري إلى قطعة العمل من خلال نقل الحرارة، مما يؤدي إلى ذوبان سطح اللحام دون حدوث تبخر، وهو ما يُستخدم غالبًا في لحام المكونات الرقيقة منخفضة السرعة. أما اللحام بالانصهار العميق فيُبخّر المادة ويُشكّل كمية كبيرة من البلازما. وبسبب الحرارة المرتفعة، تظهر ثقوب في مقدمة حوض اللحام المنصهر. يُعدّ اللحام بالاختراق العميق أكثر أساليب اللحام بالليزر استخدامًا، حيث يُمكنه لحام قطعة العمل بدقة، ويتميز بطاقة إدخال هائلة، مما يُؤدي إلى سرعة لحام عالية.

معلمات العملية في اللحام بالليزر

هناك العديد من معلمات العملية التي تؤثر على جودة اللحام بالليزر، مثل كثافة الطاقة، وشكل موجة نبضة الليزر، وعدم التركيز، وسرعة اللحام واختيار غاز الحماية المساعد.

كثافة طاقة الليزر

كثافة الطاقة من أهم المعايير في معالجة الليزر. فمع كثافة طاقة أعلى، يمكن تسخين الطبقة السطحية إلى درجة الغليان في غضون ميكروثانية، مما ينتج عنه كمية كبيرة من التبخر. لذلك، تُعد كثافة الطاقة العالية مفيدة لعمليات إزالة المواد مثل الحفر والقطع والنقش. أما في كثافة الطاقة المنخفضة، فتستغرق درجة حرارة السطح عدة ملي ثانية للوصول إلى درجة الغليان، وقبل أن يتبخر السطح، يصل الجزء السفلي إلى درجة الانصهار، مما يُسهّل تشكيل لحام ذوبان جيد. لذلك، في حالة لحام الليزر بالتوصيل الحراري، يتراوح نطاق كثافة الطاقة بين 104 و106 واط/سم².

شكل موجة نبضة الليزر

لا يُعدّ شكل موجة نبضة الليزر معيارًا مهمًا للتمييز بين إزالة المواد وذوبانها فحسب، بل يُعدّ أيضًا معيارًا أساسيًا لتحديد حجم وتكلفة معدات المعالجة. عند توجيه شعاع ليزر عالي الكثافة إلى سطح المادة، ينعكس ما بين 60% و90% من طاقة الليزر، ويُعتبر هذا الفقدان مُحتسبًا، خاصةً في الذهب والفضة والنحاس والألمنيوم والتيتانيوم وغيرها من المواد ذات الانعكاس القوي ونقل الحرارة السريع. يتغير انعكاس المعدن بمرور الوقت أثناء نبضة الليزر. عندما ترتفع درجة حرارة سطح المادة إلى درجة الانصهار، ينخفض الانعكاس بسرعة، وعندما يكون السطح في حالة انصهار، يستقر الانعكاس عند قيمة معينة.

عرض نبضة الليزر

يُعد عرض النبضة معيارًا مهمًا في لحام الليزر النبضي. يُحدَّد عرض النبضة بعمق الاختراق ومنطقة التأثر بالحرارة. كلما زاد طول عرض النبضة، زادت مساحة منطقة التأثر بالحرارة، ويزداد عمق الاختراق مع زيادة نصف قوة عرض النبضة. ومع ذلك، فإن زيادة عرض النبضة تُقلل من ذروة الطاقة، لذا تُستخدم زيادة عرض النبضة عادةً في لحام التوصيل الحراري، مما ينتج عنه حجم لحام واسع وضحل، وهو مناسب بشكل خاص للحام المتداخل للصفائح الرقيقة والسميكة. ومع ذلك، فإن انخفاض ذروة الطاقة يؤدي إلى زيادة في مدخلات الحرارة، ولكل مادة عرض نبضة مثالي يزيد من عمق الاختراق إلى أقصى حد.

كمية عدم التركيز

عادةً ما يتطلب اللحام بالليزر قدرًا معينًا من عدم التركيز، نظرًا لارتفاع كثافة الطاقة في مركز النقطة عند بؤرة الليزر، مما يُسهّل تبخير مادة اللحام وتكوين ثقوب فيها. ويكون توزيع كثافة الطاقة موحدًا نسبيًا في كل مستوى بعيدًا عن بؤرة الليزر.

هناك وضعان للتركيز غير المباشر:
عدم التركيز الإيجابي والسلبي. إذا كان المستوى البؤري فوق قطعة العمل، يكون عدم التركيز إيجابيًا؛ وإلا، يكون عدم التركيز سلبيًا. وفقًا لنظرية البصريات الهندسية، عندما تكون المسافة بين مستويي عدم التركيز الإيجابي والسلبي ومستوى اللحام متساوية تقريبًا، تكون كثافة الطاقة على المستوى المقابل متساوية، ولكن في الواقع، يختلف شكل بركة المنصهر الناتجة. في حالة عدم التركيز السلبي، يمكن الحصول على اختراق أكبر، وهو أمر مرتبط بعملية تكوين بركة المنصهر.

سرعة اللحام

تُحدد سرعة اللحام جودة سطح اللحام، وعمق الاختراق، ومنطقة التأثر بالحرارة، وما إلى ذلك. تؤثر سرعة اللحام على كمية الحرارة الداخلة لكل وحدة زمنية. إذا كانت سرعة اللحام بطيئة جدًا، فإن كمية الحرارة الداخلة تكون عالية جدًا، مما يؤدي إلى احتراق قطعة العمل. أما إذا كانت سريعة جدًا، فإن كمية الحرارة الداخلة تكون منخفضة جدًا، مما يؤدي إلى لحام قطعة العمل بشكل جزئي وغير مكتمل. عادةً ما يُستخدم تقليل سرعة اللحام لتحسين الاختراق.

غاز الحماية من الضربات المساعدة

يُعدّ غاز الحماية الإضافي من النفخ إجراءً أساسيًا في لحام الليزر عالي الطاقة. فمن جهة، لمنع المواد المعدنية من التطاير وتلويث مرآة التركيز؛ ومن جهة أخرى، لمنع تركيز البلازما المتولدة أثناء عملية اللحام بشكل مفرط ومنع الليزر من الوصول إلى سطح المادة. في عملية لحام الليزر، تُستخدم غازات الهيليوم والأرجون والنيتروجين وغازات أخرى غالبًا لحماية حوض المنصهر، وذلك لمنع أكسدة قطعة العمل أثناء عملية اللحام. لعوامل مثل نوع غاز الحماية وحجم تدفق الهواء وزاوية النفخ تأثير كبير على نتائج اللحام، كما أن طرق النفخ المختلفة تؤثر بشكل ملحوظ على جودة اللحام.