پنجشنبه , نوامبر 26 2020
آموزش وردپرس
جوش لیزر

جوش لیزر

جوش لیزر

جوش لیزر روشی بسیار مناسب برای جوشکاری مقاطع نازک (50 میکرون) و مقاطع ضخیم (3میلی متر) است. مشخصه جوشکاری لیزری ایجاد ناحیه مذاب به ­وسیله جذب شدت اشعه است که اجازه رشد و گسترش حوضچه مذاب به درون ناحیه فصل مشترک جامد را داده و در نتیجه یک اتصال پیوسته میان دو لبه اتصال را ایجاد می­کند. انرژی جذب شده موجب گرم شدن سطح قطعه و بالارفتن دما می­شود. با افزایش دمای سطح، ضریب جذب و انرژی جذب شده توسط آن افزایش می ­یابد و در نهایت موجب ذوب و تبخیر موضعی فلرپایه می­گردد. کیفیت جوش معمولا متناسب با تبخیر عناصرآلیاژی، ظاهر جوش و گرادیان حرارتی اعمالی که منجر به ترک یا حفره می ­شود، بررسی می­ گردد.

مکانیزم جوشکاری لیزر

دو حالت اساسی در جوش لیزر وجود دارد: جوشکاری در حالت هدایتی و جوشکاری در حالت نفوذی یا سوراخ کلیدی. تفاوت اساسی در این دو نوع حالت آن است که در حالت اوّل سطح ناحیه جوش باز نمی­شود ولی در حالت جوشکاری نفوذی با باز شدن سطح ناحیه جوش، باریکه لیزر به درون ناحیه مذاب نفوذ می­کند و امکان ایجاد جوش های با ضخامت بالا را فراهم می­آورد.

 

مزایای جوش لیزر

استفاده از لیزر، یک راه بسیار مناسب جهت انجام جوشکاری در آلیاژهای مختلف است که به دلیل ویژگی‎های منحصر بفرد خود در سالیان اخیر مورد توجه مهندسان و طراحان قرار گرفته است. امروزه از لیزرهای مختلفی همچون Fiber، Nd:YAG، Disc و CO2 جهت جوشکاری، برشکاری، حکاکی و یا فرآوری سطح بر روی آلیاژهای گوناگون استفاده می­ شود. لیزر Nd:YAG متصل به فیبر نوری به دلیل داشتن پارامترهای متعدد و لیزر Fiber به دلیل کیفیت بالای پرتو و سهولت جوشکاری در حالت سوراخ کلیدی (ضخامت بالا)، در فرآیند “جوشکاری” مورد استفاده قرار می­گیرند.

برخی از ویژگی ­های جوش لیزر در ذیل آورده شده است:
  • حفاظت عالی حوضچه‎ی مذاب
  • جوش‎های با مقاومت خستگی بالا
  • حرارت ورودی بسیار کم (Low Heat Input)
  • منطقه‎ی متأثر از حرارت باریک (Narrow Heat Affected Zone (HAZ))
  • سهولت جوشکاری در حالت سوراخ کلیدی (Keyhole Welding)
  • اعوجاج بسیار کم قطعه کار (در حد صفر)
  • نسبت عمق به عرض بالا (High Depth to Wide (D/W) Ratio) در حوضچه‎ی جوش
  • سرعت، دقت و کنترل پذیری بالا در فرآیند جوشکاری
  • ابعاد کوچک حوضچه جوش بواسطه چگالی انرژی بالای لیزر

 لیزر Nd:YAG

لیزر Nd:YAG یک لیزر حالت جامد است که شامل یک تک کریستال YAG می­باشد و توسط یون های  Nd+3 که درشبکه بجای یون­های ایتریوم قرار می­گیرند آلاییده شده است. حداکثر میزان آلاییدن در این حالت حدود 1.5% است. میله کریستالی توسط لامپ زنون و یا کریپتون که نور با شدت تمرکز بالا برای تهییج الکترون­های اتم­های آلاینده بکار برده می­شود، احاطه شده است. نور تابشی از لامپ حدود چند میلی ثانیه ادامه خواهد داشت. لیزر Nd:YAG یک سیستم 4 ترازی است و دمش آن نسبتاً آسان است. هنگامی که الکترون­ های تهییج یافته به حالت پایدار خود برمی­گردند، پرتویی با طول موج تقریبی nm1060 از خود ساتع می­کنند.

بازتابش پرتوی لیزر توسط سطح جوشکاری شده یک مسأله شناخته شده است. اما بازتابش لیزر Nd:YAG از لیزر Co2 کمتر است. به­ همین منظور لیرزهای Nd:YAG از سیستم لنزهای نوری بمنظور متمرکز کردن پرتو استفاده می­کنند. لنزها برخلاف آینه­ ها، بازتابش کمتری از پرتو را دارند و حساسیت آنها به لکه ­های پاشش موجب میرایی پرتو می­ شود. این لیزر در دو حالت موج پیوسته و پالسی بکار برده می­ شود. لیزرهای با توان بالای Nd:YAG خروجی های چند حالته با واگرایی بالا دارند، به همین دلیل متمرکز کردن پرتو دشار است و قطعه کار باید نزدیک به لیزر باشد. امروزه استفاده از لیزرهای Nd:YAG توان بالا در کنار استفاده از فیبر نوری برای جوشکاری به­ طور گسترده ای افزایش یافته است.

 پارامترهای متغیر در لیزر Nd:YAG

لیزر Nd:YAG متصل به فیبر نوری به دلیل داشتن پارامترهای متعدد از جمله توان حداکثری (Peak Power)، توان متوسط (Average Power)، فرکانس (Frequency)، سرعت جوشکاری(welding speed)، شکل پالس (Pulse Shape) و فاصله کانونی (Focusing Distance) در جوشکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

لیزر Fiber

جوشکاری با استفاده از لیزر فیبر یک روش پیشرفته و جدید در تکنولوژی جوشکاری لیزر می­باشد. کویل های فعال فیبر که از سیلیکون (SiO2) ساخته می­شوند برای توان های بالای این لیزر کاربرد دارند. هسته های فیبر که محیط فعال لیزر را تشکیل می ­دهند به ‏وسیله­ ی عناصر نادر خاکی آلاییده می­ شوند و از طریق لیزر نیمه­ هادی عمل دمش صورت می­گیر. خروجی لیزر که به عنوان منبع حرارتی مورد استفاده قرار می­گیرد از طریق فیبر منتقل می ­شوند. در مقایسه با لیزرهای قدیمی پرتوی لیزر توسط فیبرهای نوری منتقل می­ شود که از مزیت آن می توان به برطرف شدن نیاز به تنظیم کننده های سیستم اپتیکی اشاره کرد. در کنار مزیت های جوشکاری با پرتوی لیزر،

مزایای جوش لیزر فیبر:
  • چگالی توان لیزر فیبر بسیار بیشتر از لیزرهای دیگر است، حتی وقتی در توان های بالا استفاده می شود.
  • طول موج پرتوی لیزر فیبر پایین است که موجب افزایش قابلیت جذب در تمام فلزات می‎شود و می­توان مواد مختلف با ضخامت­های متفاوت را به‏وسیله آن جوش داد.
  • لیزر فیبر دارای هزینه نگهداری پایین در کنار راندمان بالا و جذب قابل قبول است.
  • استفاده از توان های بالا موجب دستیابی به عمق نفوذ بیشتر می­شود.
  • کیفیت بالای پرتوی لیزر فیبر موجب می­شود تا استفاده از ربات برای جوشکاری راحت­تر شود.

از جمله متغرهایی که می‌توان در حین جوشکاری لیزر Fiber تغییر داد می‌توان به توان متوسط، سرعت جوشکاری و فاصله کانونی اشاره کرد.

خدمات جوشکاری مرکز تحقیقاتی و صنعتی لیزر ایران( LaserHub)

برای آگاهی و مشاهده آخرین پروژه های انجام شده، به کانال تلگرام این مرکز به نشانی LaserHub2018@ مراجعه کنید. همچنین جهت مشاهده سایر خدمات صنعتی مرکز لیزرهاب و آخرین پروژه های انجام شده این مرکز بر روی لینک های زیر کلیک کنید.

کانال تلگرام لیزرهاب   سایر خدمات صنعتی مرکز لیزرهاب   آخرین دستاوردهای صنعتی    خدمات پژوهشی مرکز لیزرهاب

 

 

درباره ی محمد علی رضایی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *