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