شرح اللحام بالليزر – أساسيات اللحام بالليزر |

ما هي عملية اللحام بالليزر؟ شرح مبسط لعملية اللحام بالليزر! كل ما تحتاج معرفته عن اللحام بالليزر، بما في ذلك المبدأ الأساسي ومعايير العملية الرئيسية!

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

ما هو اللحام بالليزر؟

اللحام بالليزر هو نوع من أنواع اللحام بالصهر، حيث يستخدم شعاع الليزر كمصدر حرارة للحام، ومبدأ اللحام هو طريقة محددة لتحفيز الوسط النشط، مما يؤدي إلى تكوين تذبذب تجويف رنيني، ثم يتحول إلى شعاع إشعاعي محفز، وعندما يتلامس الشعاع مع قطعة العمل، تمتص قطعة العمل الطاقة، وعندما تصل درجة الحرارة إلى نقطة انصهار المادة يمكن لحامها.

وفقًا لآلية اللحام الأساسية، يعتمد اللحام بالليزر على آليتين رئيسيتين: اللحام بالتوصيل الحراري واللحام بالاختراق العميق (الثقب). في اللحام بالتوصيل الحراري، تنتشر الحرارة إلى قطعة العمل عبر انتقال الحرارة، مما يؤدي إلى انصهار سطح اللحام دون تبخر، ويُستخدم هذا النوع غالبًا في لحام المكونات الرقيقة نسبيًا التي تتطلب سرعة منخفضة. أما في اللحام بالاختراق العميق، فيتبخر المعدن مُشكلاً كمية كبيرة من البلازما. وبسبب الحرارة المرتفعة، تظهر ثقوب في مقدمة حوض اللحام المنصهر. يُعد اللحام بالاختراق العميق أكثر أنواع اللحام بالليزر شيوعًا، إذ يُمكنه لحام قطعة العمل بشكل كامل، كما أن الطاقة المُدخلة هائلة، مما يُتيح سرعة لحام عالية.

معايير عملية اللحام بالليزر

هناك العديد من معايير 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

تُعدّ كثافة الطاقة من أهمّ المعايير في معالجة الليزر. فمع كثافة طاقة عالية، يمكن تسخين الطبقة السطحية إلى درجة الغليان في غضون ميكروثانية، مما يؤدي إلى تبخّر كمية كبيرة من المواد. لذا، تُعدّ كثافة الطاقة العالية مفيدةً لعمليات إزالة المواد مثل الحفر والقطع والنقش. أما مع كثافة طاقة منخفضة، فيستغرق الأمر بضعة أجزاء من الألف من الثانية حتى تصل درجة حرارة السطح إلى درجة الغليان، وقبل أن يتبخّر السطح، تصل الطبقة السفلية إلى درجة الانصهار، مما يُسهّل تكوين لحام انصهاري جيد. لذلك، في لحام الليزر بالتوصيل الحراري، يتراوح نطاق كثافة الطاقة بين 10⁴ و10⁶ واط/سم².

شكل موجة نبضة الليزر

لا يُعد شكل موجة نبضة الليزر مجرد معيار هام للتمييز بين إزالة المادة وصهرها، بل هو أيضًا معيار أساسي لتحديد حجم وتكلفة معدات المعالجة. عند تسليط شعاع ليزر عالي الكثافة على سطح المادة، ينعكس ما بين 60% و90% من طاقة الليزر، وهو ما يُعتبر فقدًا للطاقة، خاصةً في المعادن مثل الذهب والفضة والنحاس والألومنيوم والتيتانيوم وغيرها من المواد التي تتميز بانعكاس قوي وانتقال حراري سريع. يتغير معامل انعكاس المعدن مع مرور الوقت أثناء نبضة الليزر. فعندما ترتفع درجة حرارة سطح المادة إلى نقطة الانصهار، ينخفض معامل الانعكاس بسرعة، وعندما يكون السطح في حالة الانصهار، يستقر معامل الانعكاس عند قيمة معينة.

عرض نبضة الليزر

يُعدّ عرض النبضة أحد أهمّ معايير لحام الليزر النبضي. ويتحدّد عرض النبضة بعمق الاختراق والمنطقة المتأثرة بالحرارة. فكلما زاد عرض النبضة، اتسعت المنطقة المتأثرة بالحرارة، ويزداد عمق الاختراق بمقدار نصف عرض النبضة. مع ذلك، يؤدي ازدياد عرض النبضة إلى انخفاض القدرة القصوى، لذا يُستخدم عادةً في لحام التوصيل الحراري، ما ينتج عنه لحام واسع وضحل، وهو مناسبٌ خصوصًا للحام التراكبي للصفائح الرقيقة والسميكة. لكن انخفاض القدرة القصوى يؤدي إلى زيادة الحرارة المُدخلة، ولكل مادة عرض نبضة أمثل يُحقق أقصى عمق للاختراق.

كمية عدم التركيز

تتطلب عملية اللحام بالليزر عادةً قدراً معيناً من عدم التركيز، لأن كثافة الطاقة في مركز البقعة عند بؤرة الليزر تكون عالية جداً، مما يُسهّل تبخير مادة اللحام داخل الثقوب. ويكون توزيع كثافة الطاقة متجانساً نسبياً في كل مستوى بعيداً عن بؤرة الليزر.

يوجد وضعان لعدم وضوح الصورة:
عدم وضوح موجب وسالب. إذا كان مستوى التركيز أعلى من قطعة العمل، يكون عدم الوضوح موجبًا؛ وإلا، يكون سالبًا. وفقًا لنظرية البصريات الهندسية، عندما تكون المسافة بين مستويي عدم الوضوح الموجب والسالب ومستوى اللحام متساوية، تكون كثافة الطاقة على المستوى المقابل متقاربة، ولكن في الواقع، يختلف شكل حوض الانصهار الناتج. في حالة عدم الوضوح السالب، يمكن الحصول على اختراق أكبر، وهو ما يرتبط بعملية تكوين حوض الانصهار.

سرعة اللحام

تؤثر سرعة اللحام على جودة سطح اللحام، وعمق الاختراق، والمنطقة المتأثرة بالحرارة، وغيرها. كما تؤثر على كمية الحرارة المُدخلة في وحدة الزمن. فإذا كانت سرعة اللحام بطيئة جدًا، تكون كمية الحرارة المُدخلة عالية جدًا، مما يؤدي إلى احتراق قطعة العمل. أما إذا كانت سرعة اللحام سريعة جدًا، فتكون كمية الحرارة المُدخلة قليلة جدًا، مما يؤدي إلى لحام غير مكتمل لقطعة العمل. وعادةً ما يُستخدم خفض سرعة اللحام لتحسين عمق الاختراق.

غاز الحماية من النفخ الإضافي

يُعدّ استخدام غاز الحماية المساعد إجراءً أساسيًا في لحام الليزر عالي الطاقة. فهو يمنع، من جهة، تناثر المواد المعدنية وتلويث مرآة التركيز، ومن جهة أخرى، يمنع تركيز البلازما المتولدة أثناء عملية اللحام بشكل مفرط، وبالتالي يمنع وصول الليزر إلى سطح المادة. في عملية لحام الليزر، تُستخدم غازات مثل الهيليوم والأرجون والنيتروجين لحماية حوض اللحام المنصهر، وذلك لمنع تأكسد قطعة العمل. وتؤثر عوامل مثل نوع غاز الحماية، وحجم تدفق الهواء، وزاوية النفخ تأثيرًا كبيرًا على نتائج اللحام، كما تؤثر طرق النفخ المختلفة على جودة اللحام.