הסבר על ריתוך בלייזר – ריתוך בלייזר 101 |

מהי ריתוך בלייזר? הסבר על ריתוך בלייזר! כל מה שצריך לדעת על ריתוך בלייזר, כולל עקרונות מפתח ופרמטרי התהליך העיקריים!

לקוחות רבים אינם מבינים את עקרונות העבודה הבסיסיים של מכונת ריתוך בלייזר, קל וחומר לא בוחרים את מכונת ריתוך הלייזר הנכונה, אולם Mimowork Laser כאן כדי לעזור לכם לקבל את ההחלטה הנכונה ולספק תמיכה נוספת שתסייע לכם להבין את נושא ריתוך הלייזר.

מהי ריתוך בלייזר?

ריתוך לייזר הוא סוג של ריתוך התכה, המשתמש בקרן לייזר כמקור חום לריתוך. עקרון הריתוך הוא שיטה ספציפית של גירוי התווך הפעיל, יצירת תנודה של חלל התהודה, ולאחר מכן הופכת לקרן קרינה מגורה. כאשר הקרן וחומר העבודה באים במגע זה עם זה, האנרגיה נספגת על ידי חומר העבודה, וכאשר הטמפרטורה מגיעה לנקודת ההיתוך של החומר ניתן לרתך.

על פי המנגנון העיקרי של בריכת הריתוך, לריתוך בלייזר שני מנגנוני ריתוך בסיסיים: ריתוך הולכת חום וריתוך חדירה עמוקה (חור מנעול). החום הנוצר בריתוך הולכת חום מתפזר לחומר העבודה באמצעות העברת חום, כך שמשטח הריתוך נמס, ולא אמורה להתרחש אידוי, דבר המשמש לעתים קרובות בריתוך של רכיבים דקים במהירות נמוכה. ריתוך היתוך עמוק מאדה את החומר ויוצר כמות גדולה של פלזמה. עקב חום גבוה, יהיו חורים בחזית בריכת הריתוך המותכת. ריתוך חדירה עמוקה הוא מצב ריתוך הלייזר הנפוץ ביותר, הוא יכול לרתך את חומר העבודה ביסודיות, ואנרגיית הקלט עצומה, מה שמוביל למהירות ריתוך גבוהה.

פרמטרים של תהליך בריתוך לייזר

ישנם פרמטרים רבים של תהליך המשפיעים על איכות ריתוך הלייזר, כגון צפיפות הספק, צורת גל של פולס לייזר, דה-פוקוס, מהירות ריתוך ובחירת גז מגן עזר.

צפיפות הספק הלייזר

צפיפות הספק היא אחד הפרמטרים החשובים ביותר בעיבוד לייזר. עם צפיפות הספק גבוהה יותר, ניתן לחמם את שכבת פני השטח לנקודת רתיחה תוך מיקרו-שנייה, וכתוצאה מכך נוצר אידוי רב. לכן, צפיפות הספק גבוהה יתרונה לתהליכי הסרת חומרים כגון קידוח, חיתוך וחריטה. עבור צפיפות הספק נמוכה, לוקח מספר מילישניות עד שטמפרטורת פני השטח מגיעה לנקודת הרתיחה, ולפני שהפני השטח מתאדים, החלק התחתון מגיע לנקודת ההיתוך, מה שמאפשר בקלות ליצור ריתוך התכה טוב. לכן, בצורת ריתוך בלייזר הולכת חום, טווח צפיפות ההספק הוא 104-106W/cm2.

צורת גל דופק לייזר

צורת גל של פולס לייזר אינה רק פרמטר חשוב להבחנה בין הסרת חומר לבין התכת חומר, אלא גם פרמטר מפתח לקביעת נפח ועלות ציוד העיבוד. כאשר קרן לייזר בעוצמה גבוהה נורית אל פני החומר, פני החומר יחוו 60 ~ 90% מאנרגיית הלייזר מוחזרת וייחשב כאובדן, במיוחד זהב, כסף, נחושת, אלומיניום, טיטניום וחומרים אחרים בעלי החזרה חזקה והעברת חום מהירה. החזרת המתכת משתנה עם הזמן במהלך פולס לייזר. כאשר טמפרטורת פני השטח של החומר עולה לנקודת ההיתוך, החזרת החומר יורדת במהירות, וכאשר פני השטח נמצאים במצב התכה, החזרת החומר מתייצבת על ערך מסוים.

רוחב פולס הלייזר

רוחב הפולס הוא פרמטר חשוב בריתוך לייזר פולס. רוחב הפולס נקבע על ידי עומק החדירה והאזור המושפע מחום. ככל שרוחב הפולס היה ארוך יותר, כך אזור המושפע מחום היה גדול יותר, ועומק החדירה גדל עם חצי הספק מרוחב הפולס. עם זאת, הגדלת רוחב הפולס תפחית את שיא הספק, ולכן הגדלת רוחב הפולס משמשת בדרך כלל לריתוך הולכת חום, וכתוצאה מכך גודל ריתוך רחב ורדוד, מתאים במיוחד לריתוך חפיפה של לוחות דקים ועבים. עם זאת, שיא הספק נמוך יותר גורם לכניסת חום עודפת, ולכל חומר יש רוחב פולס אופטימלי שממקסם את עומק החדירה.

כמות דפוקוס

ריתוך בלייזר דורש בדרך כלל כמות מסוימת של דה-פוקוס, מכיוון שצפיפות ההספק של מרכז הנקודה במוקד הלייזר גבוהה מדי, מה שגורם בקלות לאידוי חומר הריתוך לתוך חורים. פיזור צפיפות ההספק אחיד יחסית בכל מישור הרחק ממוקד הלייזר.

ישנם שני מצבי דפוקוס:
דפוקוס חיובי ושלילי. אם מישור המוקד ממוקם מעל חומר העבודה, מדובר בדפוקוס חיובי; אחרת, מדובר בדפוקוס שלילי. על פי תורת האופטיקה הגיאומטרית, כאשר המרחק בין מישורי הדפוקוס החיוביים והשליליים לבין מישור הריתוך שווה, צפיפות ההספק במישור המתאים זהה בקירוב, אך למעשה, צורת בריכת ההיתוך המתקבלת שונה. במקרה של דפוקוס שלילי, ניתן להשיג חדירה גדולה יותר, הקשורה לתהליך היווצרות בריכת ההיתוך.

מהירות ריתוך

מהירות הריתוך קובעת את איכות משטח הריתוך, עומק החדירה, אזור הריתוך המושפע מחום וכן הלאה. מהירות הריתוך תשפיע על כניסת החום ליחידת זמן. אם מהירות הריתוך איטית מדי, כניסת החום גבוהה מדי, וכתוצאה מכך חומר העבודה נשרף. אם מהירות הריתוך מהירה מדי, כניסת החום קטנה מדי, וכתוצאה מכך חומר העבודה נרתך באופן חלקי ולא גמור. הפחתת מהירות הריתוך משמשת בדרך כלל לשיפור החדירה.

גז הגנה מפני מכה עזר

גז הגנה עזר לנשיפה הוא הליך חיוני בריתוך לייזר בעוצמה גבוהה. מצד אחד, הוא נועד למנוע התזות של חומרי מתכת ולזהם את מראת המיקוד; מצד שני, הוא נועד למנוע מהפלזמה הנוצרת בתהליך הריתוך להתמקד יתר על המידה ולמנוע מהלייזר להגיע לפני השטח של החומר. בתהליך ריתוך הלייזר, הליום, ארגון, חנקן וגזים אחרים משמשים לעתים קרובות כדי להגן על המאגר המותך, על מנת למנוע חמצון של חומר העבודה במהלך הנדסת הריתוך. גורמים כמו סוג גז המגן, גודל זרימת האוויר וזווית הנשיפה משפיעים רבות על תוצאות הריתוך, ושיטות ניפוח שונות ישפיעו גם הן על איכות הריתוך.