جوشکاری لیزری چیست؟

جوشکاری لیزری چیست؟

جوشکاری لیزری یک تکنیک مدرن است که در آن دو قطعه از فلزات مشابه یا متفاوت به هم متصل می شوند تا یک قسمت را تشکیل دهند. دستگاه لیزر ،یک منبع حرارتی دقیق و متمرکز بر نواحی قطعات فلزی را فراهم می کند. پرتوهای لیزر ،سوراخ ها را با سرعت بالا به هم متصل می کند.

دستگاه جوش لیزری چگونه کار می کند؟

جوشکاری لیزری در دو حالت رسانش و حالت نفوذی (چاله کلیدی) جابه جا می شود. تنظیم جوش با توجه به چگالی انرژی می تواند بین این دوحالت  جابجا شود.

در اینجا نحوه عملکرد حالت های رسانش و حالت نفوذی برای مواد مختلف را بررسی کنیم:

-رسانش

لیزر سطح وسیعی را در حالت رسانش پوشش می دهد، اما چگالی توان در تنظیمات پایین تر حفظ می شود. حالت رسانش تا حدودی مانند جوشکاری TIG عمل می کند. جوشکاری محدود به رسانش، برای جوش هایی مانند قسمت های جلویی بهتر عمل می کند زیرا دراین حالت شکاف جوش زیبایی دریافت می شود.

. هنگامی که سطح توان بالا می رود منطقه تمرکز پرتو انرژی کاهش می یابد. به عنوان مثال، یک نقطه 2 میلیمتری به قطر 0.6 میلیمتر کاهش می یابد تا نفوذ عمیق فراهم شود. این نفوذ شدید و عمیق، پدیده چاله کلیدی یا همان حالت نفوذی را ایجاد می کند..

2- حالت نفوذی(چاله کلیدی)

می‌توانید از این حالت برای نفوذ دو یا چند قطعه از مواد انباشته شده روی یکدیگر برای ایجاد یک جوش قوی استفاده کنید. هنگامی که لیزر به بالای سطح مورد نظر برخورد می کند، از طریق صفحات انباشته شده نفوذ می کند، بخار می شود و جوش ها را با سرعتی باورنکردنی پر می کند.

حالت نفوذی یک انتخاب عالی برای مواد انباشته است و می تواند جایگزین جوش نقطه ای شود. برخلاف جوشکاری حالت نفوذی، شما نمی توانید جوش نقطه ای را خودکار کنید. ویژگی اتوماسیون برای جوشکاری لیزری یک پیروزی بر روش های جوشکاری سنتی است.

توجه: راه اندازی جوش لیزری دارای هر دو حالت نفوذی (چاله کلیدی)و رسانش است. شدت توان و تنظیم سطح به شما کمک می کند بین حالت ها جابجا شوید.

اگر در صنعت تولید هستید، شگفت زده خواهید شد اگر بدانید که استفاده از جوشکاری لیزری چه  کمک بزرگیست برای تجارت و اگر جوش لیزری چنین نتایج دقیقی دارد، چرا باید حتی روش های سنتی را در نظر گرفته شود. انتخاب بهترین روش جوشکاری بستگی به کاربرد شما دارد. اگر کنجکاو هستید که به سوالات خود در مورد سیستم های جوش لیزری پاسخ دهید، با ما همراه باشید و به خواندن ادامه دهید.

تا آنجا که به روش های سنتی جوشکاری مربوط می شود، ما در مورد سه تکنیک رایج می دانیم.

جوشکاری (جوشکاری ذوبی)  (MIG)

جوشکاری(جوش آرگون) (TIG)

جوش نقطه ای (جوش نقطه ای)

این سه روش پرکاربردترین روش‌های جوشکاری هستند، اما فناوری لیزر به آرامی جایگزین آنها می‌شود.

الف) جوشکاری MIG

این نوع جوشکاری برای قطعات بزرگ و ضخیم موثر است و از سیم فلزی برای تکمیل فرآیند جوشکاری استفاده می کند. در طول جوشکاری، سیم هم به عنوان الکترود و هم به عنوان ماده پرکننده عمل می کند. علاوه بر این، طراحی فرآیند اتوماسیون برای این نوع جوشکاری آسانتر است. عواملی مانند سرعت کار، زاویه جوش و آمپر را می توان برای استفاده از فرآیند خودکار از قبل تنظیم کرد

MIG در مقایسه با TIG سریع است و در نتیجه هزینه های تولید پایین تر است. اگر چه MIG جوشها را با سرعت بیشتروقیمت پایینتر تولید می کند، اما جوشها در مقایسه با جوشکاری TIG دقیق و منظم نیستند.

ب) جوشکاری TIG

جوشکاری TIG زمانی که با طیف وسیعی از مواد کوچک و نازک سروکار دارد بهترین کاربرد را دارد. در جوشکاری TIG یک الکترود تنگستن فلز را گرم کرده و آن را جوش می دهد. با این حال، الکترود تنگستن در طول فرآیند جوشکاری ذوب نمی شود.

جوشکاری TIG بادوام اما پرهزینه است و در نتیجه هزینه های تولید و زمان زیادی را صرف می کند. علاوه بر این، فقط جوشکاران ماهر می توانند جوشکاری TIG را برای به دست آوردن نتایج دقیق و بدون پیچیدگی انجام دهند. با این حال، هنگامی که جوشکاری TIG به درستی انجام شود، نتایج دقیق و زیبایی از لحاظ ظاهری ایجاد می کند.

مزیت این روش، سرعت بیشتر و نرخ رسوب بالاتر می باشد .

ج) جوش نقطه ای (جوشکاری نقطه ای)

جوش نقطه ای یکی از قدیمی ترین روش های جوشکاری دو یا چند ورق فلزی بدون نیاز به مواد پرکننده است. فرآیند جوشکاری مقاومتی با اعمال فشار و گرما از جریان الکتریکی وارد شده به ناحیه مورد نظر، ورق های فلزی را ذوب می کند.

در جوشکاری نقطه ای، فشار و جریان الکتریکی برای تولید گرما با عبور جریان از مواد مقاوم مانند فولادهای کم کربن اعمال می شود. ذوب مواد مورد نظر و فشار ثابت پس از قطع جریان، فلزات ذوب شده را جامد می کند.

مزایای جوش لیزری نسبت به روش های جوشکاری سنتی

جوشکاری لیزری در دراز مدت نسبت به روش های سنتی جوشکاری دقیق تر و مقرون به صرفه تر است. از این رو، جایگزینی روش های سنتی جوشکاری در صنایع تولیدی مدرن است. اجازه دهید برخی از مزایای عمده جوشکاری لیزری معاصر را بررسی کنیم.

1. 1. تاثیر حرارتی کمتر

جوشکاری لیزری، با تمرکز یک منبع گرمای شدید بر روی ماده مورد نظر انجام می گیرد. گرمای زیاد دو قطعه، فلز را بدون تاثیر بر نواحی غیرمتمرکز ذوب می کند. گرمای پرتو لیزر، دمای مواد اطراف را افزایش نمی دهد. به همین دلیل است که ماده مورد نظر ،خواص فیزیکی خود را از دست نمی دهد. علاوه بر این، جوشکاری لیزری برای مواد غیرمشابه هم به همان روش عمل می کند و بنابراین نتایج دقیقی را ارائه می دهد.

گرمای کم وارد شده به مناطق مجاور، منجر به حداقل آسیب حرارتی می شود و بر خواص فیزیکی ماده اصلی مجاور جوش تأثیر نمی گذارد. این ویژگی جوشکاری با پرتو لیزر، آن را نسبت به سایر تکنیک های جوشکاری مانند جوشکاری با پرتو الکترونی مناسب تر می کند.

2. 2. مناسب برای طیف وسیعی از مواد و ضخامتهای مختلف

با جدیدترین فناوری جوش لیزری می توانید موادی مانند فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، تیتانیوم و آلیاژهای نیکل، ترموپلاستیک ها و سایر بافت ها مانند چوب را جوش دهید. سیستم جوش لیزری به شما اجازه می دهد تا موادی از 1 تا 30 میلی متر را جوش دهید. با این حال، روش جوشکاری لیزر نیز بر محصول نهایی تأثیر می گذارد.

3. 3. پایین بودن هزینه های پس از جوشکاری

جوشکاری لیزری هزینه های پس از جوشکاری را حذف می کند. همانطور که در بالا توضیح داده شد، یک ورودی گرمای کنترل شده به اتصال دو فلز در یک قطعه کار کمک می کند که به هیچ گونه پس پردازشی مانند سمباده زنی و سنگ زنی  نیاز ندارد. به دلیل عدم توقف پس از پردازش، در زمان و هزینه تولید صرفه جویی می کنید.

4. فرآیند با سرعت بالا و صرفه جویی در زمان

جوشکاری لیزری در مقایسه با جوشکاری با گاز ،به گرفتن نتایج بسیار خوب در سرعت های بالای جوشکاری معروف می باشد. مواد نازک مانند سیم های با قطر کوچک نیز می توانند با سرعت بالایی جوش داده شوند. به عنوان مثال، تا 60 متر سیم نازک را می توان در یک دقیقه جوش داد. فرآیند جوشکاری لیزری در حالت نفوذی برای قطعات ضخیم‌تر استفاده می‌شود که با یک تلاش یک اتصال را تکمیل می‌کنند.

5. 5. جوش های عمیق و باریک به دلیل نسبت ابعادی بالا

جوش لیزری مواد را با نسبت ابعادی بالا به هم متصل می کند. نسبت ابعادی، نسبت عمق نفوذ(کلیدچاله) به عرض آن بر حسب مساحت است. جوش لیزری برای پیکربندی های سفارشی مناسب است که تکنیک های جوشکاری MIG/TIG موفق به تولید آنها نمی شوند. علاوه بر این، در جوشکاری لیزری حالت نفوذی، نسبت ابعاد می تواند بسیار زیاد باشد، که به جوش آسان مواد با عمق بیشتر کمک می کند.

6. 6. تضمین کیفیت در جوشکاری پرتو لیزر

با توجه به نتایج دقیق، جوشکاری پرتو لیزر کیفیت ثابت را تضمین می کند. جوشکاری لیزری فرآیندی غیر تماسی است که در آن یک پرتو لیزر دقیق بدون تماس فیزیکی با اجزای سازنده کار را انجام می دهد.

جوشکاری لیزری، در صنایع هوافضا، خودروسازی و کشتی‌سازی بسیار بیشتر از صنایع دیگر استفاده می‌شود، بنابراین از یک سیستم دیجیتال برای انجام فرآیند تولید با هدایت لیزری استفاده می‌کنند. سیستم های جوشکاری پرتو لیزر پیشرفته دارای مکانیزم اندازه گیری یکپارچه برای نظارت بر ابعاد محصولات تولیدی می باشد.

7. 7. فرآیند خودکار

جوشکاری لیزری یک فرآیند اتوماتیک با استفاده از پرتوهای Nd: YAG، لیزرهای دیسکی، فیبر نوری و غیره است. علاوه بر این، می‌توانید از سیستم‌های رباتیک چند محوره برای توسعه فرآیند تولید انعطاف‌پذیر استفاده کنید. جوش خودکار چهار مزیت اصلی دارد:

جوش با کیفیت بالا               افزایش خروجی

اتلاف کمتر                         هزینه های نیروی کار کم

شما نیازی به استخدام گروهی از جوشکاران ماهر برای کار با ماشین آلات جوش ندارید و این امر باعث کاهش هزینه کار شما می شود. با توجه به مزایای ذکر شده در بالا، صنعت خودرو و حمل و نقل از جوش لیزری اتوماتیک در تولید خود استفاده می کنند.

8. 8. بدون نیاز به الکترود

در جوشکاری قوس الکتریکی، الکترودها بخش مهمی از سیستم جوشکاری هستند. الکترودهای جوش سیم های بلندی هستند که به دستگاه جوش شما متصل می شوند. این سیم ها/الکترودها، یک قوس الکتریکی ایجاد می کنند. الکترودها در اثر حرارت ذوب می شوند و فلزات را ذوب می کنند.

اما در مورد جوش لیزری در بسیاری از موارد، نیازی به استفاده از الکترود نیست. سیستم‌های جوشکاری لیزری از گرمای شدید برای اتصال فلزات اصلی بدون کمک الکترود استفاده می‌کنند. جوش، حاوی آثاری از الکترودهای ذوب شده نیست، که همین اثر به محصول نهایی، نتیجه ای برتر می دهد.

9. 9. همجوشی فلزات با خواص فیزیکی غیرمشابه

سیستم جوش لیزری با ابزارهای نوری برای نتایج دقیق، تراز و هدایت می شود. پرتو لیزر را می توان در فاصله کانونی مورد نظر برای محصولی که روی آن کار می کنید تنظیم کرد. فاصله کانونی پرتو لیزر برای استفاده از حالت های مختلف جوشکاری لیزر قابل تنظیم است. در حالی که از سیستم های جوش قوس الکتریکی استفاده می شود، به دلیل عدم تطبیق پذیری و پردازش کم سرعت، سفارشی سازی غیرممکن است.

معایب جوش لیزری در مقایسه با روش های جوشکاری سنتی

جوشکاری لیزری روشی برتر در مقایسه با سایر روش های جوشکاری است. با این حال، جوشکاری لیزری دارای چند عیب جزئی است که باید قبل از انتخاب دستگاه جوش لیزری برای کسب‌وکار خود از آنها آگاه باشید.

1. هزینه اولیه بالا

به نظر می رسد جوشکاری لیزری یک راه حل سفارشی برای صنایع بزرگ و متوسط باشد. با این حال، یک سیستم جوش لیزری خودکار در ابتدا می تواند هزینه زیادی برای شما داشته باشد. یک راه اندازی معمولی جوش لیزری می تواند تا 3 برابر بیشتر از نصب جوشکاری قدیمی هزینه داشته باشد. به همین دلیل است که کسب‌وکارهای کوچک همیشه تمایلی به سرمایه‌گذاری کلان در یک فناوری جدید ندارند. با این حال، اگر قصد سرمایه گذاری طولانی مدت دارید، جوش لیزری می تواند هزینه هر واحد شما را کاهش دهد.

2. نظارت دقیق

جوشکاری لیزری نتایج درست و با دقتی به ما می دهد. با این حال، اگر تنظیمات دستگاه جوش به طور دقیق تنظیم نشود، این دقت می تواند به یک مصیبت تبدیل شود. تنظیمات جوش لیزری خودکار دستورالعمل های از پیش تعیین شده ای دارند که باید با دقت اعمال شوند تا از اشتباهات در تولید جلوگیری شود.

بنابراین، باید مطمئن شوید که تیم تولید شما به طور فعال از دستورالعمل های ارائه شده برای تولید با کیفیت بالا پیروی می کند. ممکن است مجبور شوید تکنسین های متخصص را برای نظارت بر فرآیند جوشکاری استخدام کنید.

اکنون مزایا و معایب جوش لیزری را نسبت به روش های جوشکاری سنتی می دانید. حال، مرحله بعدی چیست؟ ما به شما نشان خواهیم داد که چگونه می توانید یک دستگاه جوش لیزری قابل اعتماد پیدا کنید.

چگونه دستگاه جوش لیزری مناسب برای کسب و کار خود انتخاب کنیم؟

فرض کنید متقاعد شده اید که جوشکاری لیزری گزینه مناسبی برای کسب و کار شماست. در این صورت، زمان آن فرا رسیده است که از بین هزاران نوع موجود، دستگاه جوش مناسب را انتخاب کنید. قبل از خرید دستگاه جوش لیزری، اجازه دهید چهار عامل مهم را در نظر بگیریم.

الف) نوع دستگاه جوش لیزری

دستگاه های جوش لیزری دو دسته هستند: لیزر سه بعدی اتوماتیک و دستگاه جوش دستی. اگر به تولید انبوه نیاز دارید، دستگاهای تنظیمات سه بعدی رباتیک، بهترین و کاملترین گزینه برای شماست . دستگاه های جوش لیزری دستی برای واحدهای تجاری کوچک و متوسط مناسب هستند. علاوه بر این، برای استفاده از دستگاه جوش لیزری دستی مانند یک حرفه ای به آموزش و مهارت نیاز دارید.

ب) توان دستگاه جوش لیزری

لیزر ستون فقرات جوشکاری لیزری است. به طور طبیعی، لیزرهای پرتوان بیشتر از لیزرهای کم توان هزینه خواهند داشت، زیرا لیزرهای پرقدرت به ماشین آلات و سیستم های خنک کننده کارآمدتری نیاز دارند.

به عنوان مثال، اگر به جوش هایی بین 0.5 میلی متر تا 3 میلی متر نیاز دارید، یک لیزر 1000 وات این کار را به طور موثر انجام می دهد. اما برای جوش های عمیق تر، به دستگاهی نیاز دارید که از 1500 وات تا 6000 وات متغیر باشد. به یاد داشته باشید که لیزر پرقدرت عمیق تر از لیزرهای کم توان نفوذ می کند.

ج) پیکربندی لیزر

بهترین کار این است که پیکربندی لیزر را با توجه به نیازهای کسب و کار خود انتخاب کنید. به عنوان مثال، جوشکاری لیزری برای جواهرات متفاوت از جوشکاری گالوانومتر عمل می کند. به طور مشابه، قیمت دستگاه لیزر بر اساس پیکربندی و استفاده متفاوت است.

تنظیمات و سیستمهای جوش لیزری گران هستند، اما برای تولید انبوه مفیدو مناسب هستند. اگر می خواهید هزینه کلی تولید واحد تولیدی خود را کاهش دهید، بهترین گزینه برای شما یک سیستم جوش لیزری است. هنگام خرید دستگاه جوش لیزری، همیشه باید از خدمات مشتری برای انتخاب پیکربندی کمک بگیرید.

منشا جوش لیزری چیست؟

جوشکاری لیزری اولین بار در دهه 60 و تقریباً به موازات توسعه خود لیزرها توسعه یافت. اولین آزمایش‌ها در جوشکاری لیزری توسط محققان آزمایشگاه تلفن بل در ایالات متحده انجام شد. اولین جوش های لیزری با استفاده از لیزر یاقوتی، با اعمال پالس های کوتاه انرژی با شدت بالا در پرتوهای منسجم ساخته شدند. هنگامی که پالس ها بر روی نقطه کوچکی در محل اتصال قطعات فلزی متمرکز شدند، فلزات ذوب شده و با هم جریان پیدا کردند. حتی در این آزمایش های اولیه، این منجر به جوش های بسیار باریک و دقیق، با حداقل HAZ (مناطق متاثر از گرما) و اعوجاج شد. حتی تا حدی توانایی برای پیوستن به مواد غیر مشابه را نشان داد.

جوشکاری لیزری چگونه کار می کند؟

جوشکاری لیزری تکنیکی است که از یک پرتو متمرکز نور با شدت بالا برای ذوب و ذوب قطعات فلزی، گاهی اوقات با مواد اضافی از یک میله پرکننده، استفاده می‌کند. این فرآیند با تولید نور لیزر و سپس رساندن آن به سر کولیماتور/اپتیک کار می کند. سپس بر روی محل اتصال قطعات فلزی متمرکز می شود و باعث ایجاد گرمای بسیار موضعی و حوضچه مذاب محدود می شود.

پرتو جوش لیزری معمولاً توسط یک لیزر حالت جامد، فیبر یا CO2 تولید می‌شود که هر کدام دارای مزایای نسبی هستند. در نقطه تمرکز پرتو، فلز به نقطه ذوب خود می رسد و یک حوضچه محلی را تشکیل می دهد که میله پرکننده را می توان در صورت نیاز در آن ذوب کرد. سپس پرتو لیزر در امتداد سطح مفصل حرکت می کند. این یک لبه جلویی را ذوب می کند و لبه مذاب و ذوب شده دنباله استخر را خنک و جامد می کند. در یک جوش موفق، فلز سرد شده به هر دو قسمت تقریباً یکسان می‌چسبد و بدون اکسیداسیون باقی می‌ماند. 

جوشکاری لیزری چقدر اهمیت دارد؟

جوشکاری لیزری یک روش فزاینده مهم در تولید و مهندسی با تکنولوژی بالا است. مزایای زیادی نسبت به تکنیک های جوشکاری سنتی دارد. جوشکاری لیزری می تواند جوش های تمیز و قوی را سریع و دقیق ایجاد کند. 

هدف از جوشکاری لیزر چیست؟

جوش لیزری برای جوش دادن قطعات به یکدیگر با تشکیل یک حوضچه فلزی مایع در نقطه اتصال استفاده می شود. این تکنیک برای اتصال فلزات غیرمشابه و فلزاتی که معمولاً جوش دادن آنها سخت است، بهتر از سایر روش‌ها است. حتی با برخی از نافلزات از جمله برخی از سرامیک ها نیز عمل می کند. 

جوش لیزری برای چیست؟

جوشکاری لیزری برای ارائه جوش‌های دقیق، تکرارپذیر و با کیفیت بالا به دو روش دستی و خودکار در بسیاری از صنایع خوب است. این صنایع عبارتند از: خودروسازی، هوافضا، پزشکی و الکترونیک.

فرآیند جوشکاری لیزر چیست؟

مراحل کلی در فرآیند جوشکاری لیزر عبارتند از:

1. قطعاتی که قرار است جوش داده شوند را تمیز کنید و آنها را با دقت در جای خود قرار دهید. برای بهبود کیفیت جوش، خط تماس باید بسته و بدون شکاف باشد.
2. از گیره های دستی یا وسایل خودکار برای نگه داشتن قطعات در جای خود و پایدار نگه داشتن آنها در طول فرآیند جوشکاری استفاده کنید.
3. نقطه کانونی پرتو را روی ناحیه جوش تنظیم کنید. چرخ دنده نوری در مشعل جوش معمولاً تنظیم آسان فوکوس را فراهم می کند.
4. قدرت پرتو را تنظیم کنید و آن را روی مواد ضایعاتی و قطعات آزمایشی آزمایش کنید. قبل از حرکت به سمت قطعه کار، مطمئن شوید که انرژی کافی برای ذوب شدن مواد از خود صرف می کند، اما برای گرم کردن بیش از حد قطعات کافی نیست. 
5. تیر را در ابتدای ناحیه جوش اعمال کنید. هنگامی که یک حوضچه مذاب مناسب تشکیل شد، باید آن را در امتداد جوش در یک حرکت ثابت طی کرد. تکنیک های جوشکاری سنتی مانند چرخش نقطه داغ، همجوشی خوب را تشویق می کند و کیفیت جوش را بهبود می بخشد.
6. پس از اتمام جوش، قطعه را به طور طبیعی خنک کنید. همچنین می توانید آن را در آب خاموش کنید یا از روش های خنک کننده دیگر استفاده کنید.

نتیجه نهایی:

در نتیجه،جوشکاری با لیزر، مزایا و معایب منحصر به فردی دارد که آن را برای کاربردهای مختلف مناسب می‌سازد. اگرچه دقت، سرعت و انعطاف‌پذیری بی‌نظیری ارائه می‌دهد، اما نیازمند در نظر گرفتن محدودیت‌های آن است، مانند هزینه تجهیزات و نیاز‌های فنی. در نهایت، تصمیم برای استفاده از جوشکاری با لیزر باید بر اساس ارزیابی دقیق نیازهای خاص شما و ماهیت پروژه‌های شما باشد.