اللحام بالليزر هو طريقة دقيقة وفعالة لربط المواد
باختصار، يوفر اللحام بالليزر نتائج عالية السرعة وعالية الجودة مع الحد الأدنى من التشوه.
إنه قابل للتكيف مع مجموعة واسعة من المواد ويمكن تصميمه خصيصًا لتلبية الاحتياجات المحددة لكل تطبيق.
إحدى المزايا الكبيرة للحام بالليزر هي تعدد استخداماته.
يمكن استخدامه في لحام المعادن ليس فقط مثل الألومنيوم والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ، ولكن أيضًا مجموعة من المواد الأخرى.
بما في ذلك بعض المواد البلاستيكية الحرارية والزجاج والمواد المركبة.
وهذا ما يجعله مفيدًا في مجموعة متنوعة من الصناعات، بدءًا من صناعة السيارات وحتى الإلكترونيات وحتى إنتاج الأجهزة الطبية.
ما هي عملية اللحام بالليزر؟ [الجزء الثاني]
تمثيل المستقبل المتطور
اللحام بالليزر هو تقنية متطورة تستخدم شعاع ليزر عالي الطاقة لربط المواد بدقة، وعادة ما تكون معادن، عن طريق صهرها عند نقطة التلامس.
تُنتج هذه العملية رابطة قوية ومتينة مع تشوه ضئيل مقارنة بطرق اللحام التقليدية.
إنه سريع وفعال وقادر على إنتاج نتائج عالية الجودة.
جوهر اللحام بالليزر
يكمن جوهر عملية اللحام بالليزر في شعاع الليزر نفسه، الذي يولد حرارة هائلة.
عندما يتم تركيز الليزر على سطح معدني، فإنه يصهر المادة، مكوناً بركة صغيرة منصهرة.
يتصلب هذا الحوض بسرعة، عادةً في غضون أجزاء من الثانية، بمجرد أن يبتعد الليزر، مما يؤدي إلى اتصال قوي بين الأجزاء.
تتم هذه العملية بشكل دقيق للغاية، مما يعني أن المناطق التي يتم لحامها فقط هي التي تتأثر، تاركة بقية المادة دون أن تتأثر إلى حد كبير.
فهم اللحام بالليزر
إحدى الطرق البسيطة لفهم اللحام بالليزر هي التفكير في عدسة مكبرة تركز أشعة الشمس على بقعة صغيرة.
وكما يمكن للضوء المركز أن يذيب قطعة من الورق، فإن شعاع الليزر يركز طاقة مكثفة على سطح معدني.
مما يؤدي إلى ذوبانه، وفي بعض الحالات، حتى تبخره.
كثافة الطاقة في لحام شعاع الليزر
تُقاس قوة الليزر من حيث كثافة الطاقة.
وهو رقم مرتفع بشكل لا يصدق، حيث يصل إلى ملايين الواط لكل سنتيمتر مربع.
كلما زادت قوة الليزر، زادت سرعة عملية اللحام، وزاد عمق اختراق الحرارة للمادة.
ومع ذلك، فإن زيادة قوة الليزر تؤدي أيضاً إلى زيادة تكلفة المعدات.
مما يجعله عاملاً مهماً عند النظر في التكلفة الإجمالية للآلة.
هل أنت جديد في مجال اللحام بالليزر واللحام بالليزر اليدوي؟
بإمكاننا المساعدة!
لماذا يعتبر ليزر الألياف الأفضل في لحام الليزر؟
شرح بعض الأنواع الشائعة من الليزر في لحام الليزر
لكل نوع من أنواع الليزر نقاط قوته وضعفه، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات مختلفة في لحام الليزر.
تعتبر ليزرات الألياف الأكثر تنوعًا وكفاءة، وخاصة في لحام المعادن.
على الرغم من أن ليزر ثاني أكسيد الكربون مفيد للقطع الدائرية إلا أنه يتطلب صيانة أكثر.
تعتبر ليزرات Nd:YAG مثالية لمهام محددة مثل إصلاحات العفن، ولكن انخفاض كفاءة الطاقة وارتفاع تكاليف الصيانة قد يحد من استخدامها.
وأخيرًا، توفر ليزرات الديود كفاءة طاقة ممتازة ولكنها أقل فعالية عندما تكون هناك حاجة إلى دقة عالية.
لحام الألياف الليزرية: الأكثر شيوعًا والأكثر فعالية
تعتبر ليزرات الألياف حاليًا التقنية الأكثر شيوعًا والأكثر ثباتًا في مجال اللحام بالليزر.
وهي معروفة بكفاءتها العالية في استهلاك الطاقة، والتي تبلغ حوالي 30%.
مما يساعد في تحسين إدارة الحرارة وخفض تكاليف التشغيل.
يتم امتصاص الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء المنبعثة من ليزرات الألياف بشكل جيد بواسطة معظم المعادن.
مما يجعلها فعالة للغاية لمجموعة واسعة من مهام اللحام.
إحدى أكبر مزايا ليزرات الألياف هي قدرتها على توليد وتوجيه شعاع الليزر عبر كابل الألياف الضوئية.
وهذا يسمح بجودة شعاع عالية، ودقة متزايدة، وكثافة طاقة أعلى، مما ينتج عنه عمق اختراق جيد عند اللحام.
بالإضافة إلى ذلك، تتميز ليزرات الألياف باستهلاكها الأدنى للمواد الاستهلاكية، مما يقلل من تكاليف الصيانة والتعقيد.
كما يمكن دمجها بسهولة مع الروبوتات أو آلات التحكم الرقمي الحاسوبي، مما يجعلها متعددة الاستخدامات للغاية في البيئات الصناعية.
ومن الفوائد الأخرى أنه لا يوجد حد فعلي لقوة ليزرات الألياف، مما يتيح اللحام عالي الأداء حتى على المواد السميكة.
ليزر ثاني أكسيد الكربون: مثالي لبعض التطبيقات
كانت ليزرات ثاني أكسيد الكربون أول نوع من الليزر المستخدم في اللحام بالليزر الصناعي، ولا تزال تستخدم في تطبيقات معينة.
تُصدر هذه الليزرات شعاع ليزر قائم على الغاز لا يمكن توجيهه عبر الألياف البصرية.
مما ينتج عنه جودة شعاع أقل مقارنة بليزر الألياف.
وهذا يجعلها أقل دقة في بعض تطبيقات اللحام.
تُستخدم ليزرات ثاني أكسيد الكربون عادةً في لحام القطع الدائرية لأن الليزر يمكن تثبيته في مكانه أثناء دوران القطعة.
ومع ذلك، فإنها تتطلب صيانة أكثر بسبب الحاجة المتكررة للمواد الاستهلاكية مثل المرايا والغازات.
بمعدل كفاءة طاقة يبلغ حوالي 20٪، فإن ليزر ثاني أكسيد الكربون ليس فعالاً من حيث الطاقة مثل ليزر الألياف.
مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل.
ليزر Nd:YAG: مثبت مع وجود قيود
تُعد ليزرات Nd:YAG (النيوديميوم المطعّم باليتريوم والألومنيوم والجارنيت) تقنية مثبتة في لحام الليزر
لكنها تأتي مع بعض القيود.
تتميز هذه الأجهزة بكفاءة طاقة منخفضة، تبلغ عادةً حوالي 5%.
مما يؤدي إلى مشاكل في إدارة الحرارة وارتفاع تكاليف التشغيل.
تتمثل إحدى نقاط قوة ليزر Nd:YAG في قدرتها على توجيه شعاع الليزر باستخدام الألياف البصرية، مما يحسن جودة الشعاع.
ومع ذلك، لا يزال من الصعب تركيز شعاع الليزر على بقعة صغيرة، مما يحد من دقتها في تطبيقات معينة.
تُستخدم ليزرات Nd:YAG غالبًا في مهام محددة مثل إصلاحات القوالب، حيث يكون التركيز الأكبر مقبولًا.
كما أن تكاليف صيانتها مرتفعة، حيث تحتاج المواد الاستهلاكية مثل المرايا والمصابيح إلى استبدال منتظم.
ليزر ثنائي: يصعب ضبط التركيز بسبب رداءة جودة الشعاع
أصبحت ليزرات الديود أكثر شيوعًا في التطبيقات التي تتطلب كفاءة عالية في الطاقة (حوالي 40٪).
تؤدي هذه الكفاءة العالية إلى إدارة حرارية أفضل وتكاليف تشغيل أقل مقارنة ببعض أنواع الليزر الأخرى.
ومع ذلك، فإن أحد العيوب الرئيسية لأشعة الليزر الثنائية هو أن جودة شعاعها رديئة للغاية.
مما يجعل من الصعب تركيز الليزر على بقعة صغيرة الحجم.
هذا يحد من دقتها في بعض تطبيقات اللحام.
وعلى الرغم من ذلك، لا تزال ليزرات الديود مفيدة لبعض المواد، وخاصة البلاستيك، ويمكن استخدامها بفعالية في تلك التطبيقات.
هل ترغب في البدء باستخدام ماكينة لحام ليزر الألياف المحمولة؟
اللحام بالليزر التوصيلي ولحام ثقب المفتاح
فهم تقنيات اللحام الشائعة
يمكن تقسيم اللحام بالليزر إلى نوعين رئيسيين: اللحام بالتوصيل واللحام بالثقب المفتاحي.
تختلف هاتان العمليتان في كيفية تفاعل الليزر مع المادة والنتائج التي تنتجها.
الاختلافات الرئيسية
جودة اللحام
ينتج عن اللحام بالتوصيل عادةً نتائج أنظف مع تناثر أقل وعيوب أقل، في حين أن اللحام بالثقب المفتاحي يمكن أن يتسبب في المزيد من التناثر والمسامية ومنطقة أكبر متأثرة بالحرارة.
توزيع حرارة اللحام
يوزع اللحام بالتوصيل الحرارة بالتساوي في جميع الاتجاهات، بينما يركز لحام الثقب المفتاحي الحرارة في اتجاه أكثر ضيقًا وعموديًا، مما يؤدي إلى اختراق أعمق.
سرعة اللحام
تُعد عملية اللحام بالثقب المفتاحي أسرع، مما يجعلها مناسبة للإنتاج بكميات كبيرة، بينما تُعد عملية اللحام بالتوصيل أبطأ ولكنها توفر دقة أكبر.
اللحام بالتوصيل
اللحام بالتوصيل عملية ألطف وأبطأ. في هذه الطريقة، يقوم شعاع الليزر بصهر سطح المعدن.
مما يؤدي إلى وصول المعدن إلى درجة حرارة انصهاره (النقطة التي يتحول عندها إلى سائل).
لكن لا تتجاوز ذلك إلى درجة حرارة التبخر (حيث يتحول المعدن إلى غاز).
يتم توزيع الحرارة بالتساوي في جميع أنحاء المادة، مما يعني أن انتقال الحرارة يحدث في جميع الاتجاهات داخل المعدن.
لأن اللحام بالتوصيل يذيب المادة بشكل تدريجي، فإنه ينتج نتائج ذات جودة أعلى.
وهذا يشمل الحد الأدنى من التناثر (قطرات صغيرة من المواد المنصهرة التي يمكن أن تتسرب أثناء اللحام) والأبخرة المنخفضة، مما يجعل العملية أنظف.
ومع ذلك، ولأنها أبطأ، فإن اللحام بالتوصيل يستخدم عادة في التطبيقات التي تتطلب الدقة والوصلات عالية الجودة بدلاً من السرعة.
لحام ثقب المفتاح
أما لحام ثقب المفتاح، من ناحية أخرى، فهو عملية أسرع وأكثر فعالية.
في هذه الطريقة، يقوم شعاع الليزر بصهر وتبخير المعدن، مما يخلق ثقبًا صغيرًا وعميقًا أو ثقبًا على شكل مفتاح في المادة.
تتسبب الحرارة الشديدة لليزر في وصول المعدن إلى كل من درجة حرارة الانصهار ودرجة حرارة التبخر.
مع تحول جزء من البركة المنصهرة إلى غاز.
بسبب تبخر المادة، تنتقل الحرارة بشكل أكثر تعامدًا على شعاع الليزر، مما ينتج عنه حوض لحام أعمق وأضيق.
تُعد هذه العملية أسرع بكثير من اللحام بالتوصيل، مما يجعلها مثالية لخطوط الإنتاج ذات الأحجام الكبيرة.
ومع ذلك، يمكن أن تتسبب الحرارة السريعة والمكثفة في حدوث تناثر، كما يمكن أن يؤدي الانصهار السريع إلى المسامية (فقاعات غاز صغيرة محصورة داخل اللحام).
ومنطقة أكبر متأثرة بالحرارة (HAZ) (المنطقة المحيطة باللحام والتي تتغير بفعل الحرارة).
هل تريد معرفة تقنية اللحام المناسبة؟
هل هذا مناسب لتطبيقك وعملك؟
من مقاطع الفيديو الجذابة إلى المقالات المعلوماتية
اللحام بتقنية TIG مقابل اللحام بالليزر: أيهما أفضل؟
تاريخ النشر: 25 ديسمبر 2024