جوشکاری لیزری توضیح داده شده

جوشکاری لیزر چیست؟ توضیح جوشکاری لیزر! هر آنچه که باید در مورد جوشکاری لیزر بدانید، از جمله اصول کلیدی و پارامترهای اصلی فرآیند!

بسیاری از مشتریان اصول اولیه کار دستگاه جوش لیزری را درک نمی‌کنند، چه برسد به انتخاب دستگاه جوش لیزری مناسب، با این حال، Mimowork Laser اینجاست تا به شما در تصمیم‌گیری درست کمک کند و پشتیبانی بیشتری برای کمک به شما در درک جوشکاری لیزری ارائه دهد.

جوشکاری لیزری چیست؟

جوشکاری لیزری نوعی جوشکاری ذوبی است که از پرتو لیزر به عنوان منبع حرارت جوشکاری استفاده می‌کند. اصل جوشکاری این است که یک روش خاص برای تحریک محیط فعال، تشکیل نوسان حفره رزونانس و سپس تبدیل آن به پرتو تابشی تحریک شده، هنگامی که پرتو و قطعه کار با یکدیگر تماس می‌گیرند، انرژی توسط قطعه کار جذب می‌شود و هنگامی که دما به نقطه ذوب ماده می‌رسد، می‌توان آن را جوشکاری کرد.

طبق مکانیسم اصلی حوضچه جوش، جوشکاری لیزری دو مکانیسم جوشکاری اساسی دارد: جوشکاری هدایت حرارتی و جوشکاری نفوذ عمیق (سوراخ کلید). گرمای تولید شده توسط جوشکاری هدایت حرارتی از طریق انتقال حرارت به قطعه کار منتقل می‌شود، به طوری که سطح جوش ذوب می‌شود و هیچ تبخیری نباید رخ دهد، که اغلب در جوشکاری قطعات نازک با سرعت کم استفاده می‌شود. جوشکاری همجوشی عمیق ماده را تبخیر می‌کند و مقدار زیادی پلاسما تشکیل می‌دهد. به دلیل گرمای زیاد، سوراخ‌هایی در جلوی حوضچه مذاب وجود خواهد داشت. جوشکاری نفوذ عمیق پرکاربردترین حالت جوشکاری لیزری است، می‌تواند قطعه کار را به طور کامل جوش دهد و انرژی ورودی بسیار زیاد است که منجر به سرعت بالای جوشکاری می‌شود.

پارامترهای فرآیند در جوشکاری لیزری

پارامترهای فرآیندی زیادی وجود دارند که بر کیفیت جوشکاری لیزر تأثیر می‌گذارند، مانند چگالی توان، شکل موج پالس لیزر، عدم تمرکز، سرعت جوشکاری و انتخاب گاز محافظ کمکی.

چگالی توان لیزر

چگالی توان یکی از مهمترین پارامترها در پردازش لیزری است. با چگالی توان بالاتر، لایه سطحی می‌تواند در عرض یک میکروثانیه تا نقطه جوش گرم شود و در نتیجه مقدار زیادی تبخیر ایجاد شود. بنابراین، چگالی توان بالا برای فرآیندهای حذف مواد مانند سوراخکاری، برش و حکاکی مفید است. برای چگالی توان پایین، رسیدن دمای سطح به نقطه جوش چند میلی‌ثانیه طول می‌کشد و قبل از اینکه سطح تبخیر شود، قسمت پایین به نقطه ذوب می‌رسد که تشکیل یک جوش ذوب خوب را آسان می‌کند. بنابراین، در قالب جوشکاری لیزری هدایت حرارتی، محدوده چگالی توان 104-106 وات بر سانتی‌متر مربع است.

شکل موج پالس لیزر

شکل موج پالس لیزر نه تنها پارامتر مهمی برای تمایز بین حذف مواد از ذوب مواد است، بلکه پارامتر کلیدی برای تعیین حجم و هزینه تجهیزات پردازش نیز می‌باشد. هنگامی که پرتو لیزر با شدت بالا به سطح ماده تابانده می‌شود، سطح ماده 60 تا 90 درصد از انرژی لیزر را منعکس کرده و اتلاف در نظر می‌گیرد، به خصوص طلا، نقره، مس، آلومینیوم، تیتانیوم و سایر موادی که بازتاب قوی و انتقال حرارت سریع دارند. بازتاب یک فلز در طول پالس لیزر با زمان تغییر می‌کند. هنگامی که دمای سطح ماده به نقطه ذوب افزایش می‌یابد، بازتاب به سرعت کاهش می‌یابد و هنگامی که سطح در حالت ذوب قرار می‌گیرد، بازتاب در مقدار مشخصی تثبیت می‌شود.

پهنای پالس لیزر

پهنای پالس یک پارامتر مهم در جوشکاری لیزر پالسی است. پهنای پالس با عمق نفوذ و ناحیه تحت تأثیر حرارت تعیین می‌شد. هرچه پهنای پالس طولانی‌تر بود، ناحیه تحت تأثیر حرارت بزرگتر بود و عمق نفوذ با نصف توان پهنای پالس افزایش می‌یافت. با این حال، افزایش پهنای پالس، توان پیک را کاهش می‌دهد، بنابراین افزایش پهنای پالس معمولاً برای جوشکاری هدایت حرارتی استفاده می‌شود که منجر به اندازه جوش پهن و کم عمق می‌شود، به خصوص برای جوشکاری روی هم صفحات نازک و ضخیم مناسب است. با این حال، توان پیک پایین‌تر منجر به ورودی گرمای اضافی می‌شود و هر ماده دارای پهنای پالس بهینه‌ای است که عمق نفوذ را به حداکثر می‌رساند.

مقدار تمرکززدایی

جوشکاری لیزری معمولاً به مقدار مشخصی از تمرکززدایی نیاز دارد، زیرا چگالی توان مرکز نقطه در کانون لیزر بسیار زیاد است که به راحتی می‌تواند مواد جوشکاری را تبخیر کرده و به سوراخ تبدیل کند. توزیع چگالی توان در هر صفحه دور از کانون لیزر نسبتاً یکنواخت است.

دو حالت فوکوس زدایی وجود دارد:
عدم تمرکز مثبت و منفی. اگر صفحه کانونی بالای قطعه کار قرار داشته باشد، عدم تمرکز مثبت است؛ در غیر این صورت، عدم تمرکز منفی است. طبق نظریه اپتیک هندسی، وقتی فاصله بین صفحات عدم تمرکز مثبت و منفی و صفحه جوشکاری برابر باشد، چگالی توان در صفحه مربوطه تقریباً یکسان است، اما در واقع، شکل حوضچه مذاب بدست آمده متفاوت است. در صورت عدم تمرکز منفی، می‌توان نفوذ بیشتری به دست آورد که مربوط به فرآیند تشکیل حوضچه مذاب است.

سرعت جوشکاری

سرعت جوشکاری، کیفیت سطح جوشکاری، عمق نفوذ، ناحیه تحت تأثیر حرارت و غیره را تعیین می‌کند. سرعت جوشکاری بر میزان حرارت ورودی در واحد زمان تأثیر می‌گذارد. اگر سرعت جوشکاری خیلی کم باشد، حرارت ورودی خیلی زیاد است و در نتیجه قطعه کار کاملاً می‌سوزد. اگر سرعت جوشکاری خیلی زیاد باشد، حرارت ورودی خیلی کم است و در نتیجه قطعه کار به صورت ناقص و ناتمام جوش داده می‌شود. کاهش سرعت جوشکاری معمولاً برای بهبود نفوذ استفاده می‌شود.

گاز محافظ ضربه کمکی

گاز محافظ دمشی کمکی یک روش ضروری در جوشکاری لیزر با توان بالا است. از یک سو، برای جلوگیری از پاشش مواد فلزی و آلوده شدن آینه فوکوس کننده؛ از سوی دیگر، برای جلوگیری از تمرکز بیش از حد پلاسمای تولید شده در فرآیند جوشکاری و جلوگیری از رسیدن لیزر به سطح ماده است. در فرآیند جوشکاری لیزر، اغلب از هلیوم، آرگون، نیتروژن و سایر گازها برای محافظت از حوضچه مذاب استفاده می‌شود تا از اکسیداسیون قطعه کار در مهندسی جوشکاری جلوگیری شود. عواملی مانند نوع گاز محافظ، اندازه جریان هوا و زاویه دمش تأثیر زیادی بر نتایج جوشکاری دارند و روش‌های مختلف دمش نیز تأثیر خاصی بر کیفیت جوش خواهند داشت.