انواع دستگاه جوش لیزری

اصل اساسی جوشکاری فایبر، تبدیل نور به انرژی حرارتی است که سپس بر قطعات فلزی اعمال می‌شود و آن‌ها را ذوب می‌کند و به هم می‌چسباند (جوش می‌دهد).

پرتو لیزر فایبر با شدت و تمرکز بالا، امکان کنترل دقیق بر فرآیند جوشکاری را فراهم می‌کند.

این دقت، اعوجاج حرارتی را به حداقل می‌رساند و پاشش اضافی را حذف می‌کند و جوشی تمیز و باکیفیت بر جای می‌گذارد.

این در حالی است که روش‌های سنتی معمولاً با پاشش اضافی همراه هستند.

اما مزایای این سبک از جوشکاری نسبت به سایر سبک‌ها چیست؟ در قسمت زیر به معرفی مزایای دستگاه فایبر جوش پرداخته‌ایم:

سرعت بالا

یکی از برجسته‌ترین مزایای جوشکاری لیزر فیبری، سرعت بالا و کیفیت بی‌نظیر جوش‌های تولید شده است.

علاوه بر این، جوش‌ها ظاهری عالی دارند و با کمترین پاشش، نیازی به پس‌پردازش نخواهند داشت.

همچنین در مقایسه با روش‌های جوشکاری سنتی، جوشکاری فایبر از سرعت بالاتری برخوردار است که به ‌طور چشمگیری کارایی تولید را افزایش می‌دهد.

این سرعت بالا هیچ‌گونه تهدیدی برای کیفیت جوش‌ها ایجاد نمی‌کند و همین ویژگی آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای تولید با حجم بالا و شرایطی که سرعت جوشکاری اهمیت ویژه‌ای دارد، تبدیل می‌کند.

دقت و کنترل

جوشکاری لیزری دقت و کنترل بی‌نظیری را در فرآیند جوشکاری فراهم می‌آورد و امکان اتصال دقیق قطعات با حداقل حرارت ورودی را میسر می‌سازد.

این ویژگی به‌ویژه برای قطعات حساس و پیچیده مفید است، زیرا در حالی که روش‌های جوشکاری سنتی ممکن است باعث آسیب یا تغییر شکل شوند، جوش لیزری دقت و ایمنی بیشتری را فراهم می‌کند.

کیفیت عالی

اتصالات جوش تولید شده با استفاده از جوش لیزری از کیفیت بالایی برخوردار هستند، با جوش‌های تمیز و یکنواخت که حداقل پاشش و تخلخل را دارند.

این ویژگی‌ها باعث می‌شود جوش‌ها استحکام بیشتری پیدا کنند و ظاهر بهتری داشته باشند، به‌ طوری ‌که نیاز به پردازش‌های اضافی پس از جوش را به طور چشمگیری کاهش می‌دهند.

کاهش ورودی گرما

یکی از مزایای بارز جوشکاری لیزری، کاهش ورودی حرارت و تمرکز بالای منبع حرارت است که باعث می‌شود ناحیه تحت تأثیر حرارت و اعوجاج حرارتی به حداقل برسد.

این کاهش دما برای حفظ یکپارچگی و خواص مواد جوش داده ‌شده بسیار حیاتی است، به‌ویژه در کاربردهایی که دقت بالا و جلوگیری از هرگونه تغییر شکل ضروری است.

تطبیق‌پذیری

جوشکاری لیزری روی انواع مختلف مواد قابل استفاده است، حتی فلزاتی که در روش‌های سنتی جوشکاری چالش‌برانگیز هستند.

این فناوری می‌تواند مواد با ضخامت‌ها و ویژگی‌های مختلف را به‌طور مؤثر به هم متصل کند و این امر انعطاف‌پذیری بالایی را در صنایع گوناگون فراهم می‌آورد.

2- دستگاه‌های جوش لیزر CO2

جوشکاری لیزر CO2 (دی اکسید کربن) یکی از روش‌های معمول در جوشکاری لیزر گازی است که در آن از مخلوط گازهایی مانند دی اکسید کربن، هلیوم، نئون، آرگون و کریپتون برای تولید لیزر استفاده می‌شود.

در این میان CO2 به‌عنوان رایج‌ترین گاز در این فرآیند شناخته می‌شود.

لیزر CO2 در مقایسه با لیزرهای حالت جامد، بازده تبدیل بالاتری دارد و قادر است نوسان پیوسته با توان بالا (CW) تولید کند.

این نوع لیزر از طول موج‌های 10.6 میکرومتر و 9.4 میکرومتر استفاده می‌کند که طول موج 10.6 میکرومتر به طور ویژه برای جوشکاری انتخاب می‌شود.

دستگاه لیزر Co2 قادر است با سرعت و کارایی بالا به صفحات ضخیم نفوذ کند، مشابه لیزرهای فیبری، و در زمینه‌های متنوعی مانند جوشکاری مواد مختلف استفاده می‌شود.

لیزر CO2 به دلیل قابلیت نفوذ بالا به قطعات فولادی ضخیم و انعطاف‌پذیری در جوشکاری مواد متنوع، به طور گسترده در صنایع مختلف کاربرد دارد.

این لیزر با بازده متوسط و به عبارتی بازده بالاتر نسبت به روش‌های سنتی، کارایی بالایی در جوشکاری مواد مختلف از خود نشان می‌دهد اما بازده آن در مقایسه با نوع فایبر کم‌تر است.

مزایای دستگاه لیزر CO2 به شرح زیر است:

• قابلیت کارکرد در دو محدوده جریان جوشکاری: این دستگاه می‌تواند در محدوده‌های جریان جوشکاری TIG و MIG کار کند.
• انعطاف‌پذیری در انتخاب جریان مناسب: شما می‌توانید از جریان جوش MIG موجود در هر زمان که نیاز دارید استفاده کنید.
• امکان استفاده در محدوده جوشکاری و چسبندگی: می‌توانید به راحتی در این محدوده‌ها کار کنید.
• دسترسی به مواد مختلف برای جوشکاری: این دستگاه به شما امکان می‌دهد تا از مواد مختلف استفاده و بهترین جوش‌ها را ایجاد کنید.

روش کار دستگاه جوش لیزر CO2

فرآیند جوشکاری CO2 شباهت زیادی به جوشکاری قوس الکتریکی سنتی دارد.

با این حال در مورد الکترودی که در فرآیند استفاده می‌شود، یکسری تفاوت‌ها وجود دارد.

در جوشکاری قوس الکتریکی سنتی، یک الکترود فلزی به کار می‌رود که حرارت داده می‎شود تا قبل از تزریق به قطعه کار تبخیر و به مایع تبدیل شود.

اما در دستگاه‌های جوش لیزر CO2، از الکترودی با پوشش فلزی استفاده می‎شود که با کمک هوای فشرده به ایجاد گرمای لازم برای هدایت قوس می‌پردازد.

روش‌های مختلفی برای تأمین الکترودها در دستگاه جوش CO2 وجود دارد.

معمولاً شار از طریق میله انتقال که مشابه جوشکاری MIG است، تأمین می‌شود.

یکی از روش‌های رایج این است که یک الکترود فلزی نازک با جریان الکتریکی مثبت تغذیه و از طریق سیم به حوضچه جوش متصل می‌شود.

برای استفاده از دستگاه جوش CO2، نیاز به چند ابزار و تجهیزات دارید. این ابزارها شامل فیدر سیمی، مخزن CO2، گاز محافظ، اتصال‌دهنده تغذیه سیم و فشار هوای مناسب برای سیم جوش هستند.

همچنین شما به یک جوشکار نیاز دارید با دستگاه‌های CO2 کار کرده باشد.

برای استفاده صحیح از دستگاه جوش CO2، باید نکات زیر را رعایت کنید:

• ‌ آگاهی از نحوه کار دستگاه و کنترل‌های آن: قبل از شروع کار، باید با نحوه کارکرد دستگاه و کنترل‌های آن آشنا باشید تا از آسیب به دستگاه یا قطعه کار جلوگیری کنید.
• جلوگیری از سوختن قوس: اجازه ندهید که قوس بسوزد، زیرا این کار می‌تواند باعث کاهش کیفیت جوش شود.
• شروع آهسته: هنگامی که به حوضچه جوش نزدیک می‌شوید، ولتاژ قوس را به آرامی افزایش دهید تا جوش یکنواختی داشته باشید و از سوختن قوس جلوگیری کنید.
• استفاده از منبع تغذیه و فشار مناسب: پس از راه‌اندازی قوس، مطمئن شوید که از منبع تغذیه و فشار هوای مناسب استفاده می‌کنید تا قوس داغ باقی بماند و فرآیند جوشکاری به درستی پیش رود.

3- دستگاه‌های جوش لیزر Nd:YAG

لیزرهای Nd:YAG به‌صورت نوری با استفاده از لوله فلاش یا دیودهای لیزری پمپ می‌شوند.

این لیزرها، یکی از انواع رایج لیزر هستند و برای کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند.

لیزرهای Nd:YAG، معمولاً نوری با طول موج 1064 نانومتر در مادون قرمز ساطع می‌کنند.

با این حال انتقال‌هایی نزدیک به 946، 1120، 1320 و 1440 نانومتر نیز وجود دارد.

لیزرهای Nd:YAG در دو حالت پالسی و پیوسته کار می‌کنند؛ مثلاً در نوع پالسی، ویژگی‌های زیر صادق است:

لیزرهای Nd:YAG پالس‌های گسسته‌ای از انرژی کنترل‌شده تولید می‌کنند که برای ایجاد جوش‌های کامل، جوش‌های نقطه‌ای بزرگ، لکه‌های عمیق و جوش‌های درز بسیار مناسب هستند.

لیزرهای Nd:YAG در نوع پالسی، قابلیت تنظیم و کنترل دقیق سه عامل مهم را دارند:

• قدرت پالس (شدت انرژی تابشی)
• مدت زمان پالس (مدت‌زمانی که هر پالس لیزر تابیده می‌شود)
• شکل پالس (الگوی توزیع انرژی در طول پالس)

یعنی عملکرد آن‌ها برای ارسال انرژی در قالب پالس‌های جداگانه (نه به‌صورت پیوسته) بهینه شده است.

اما باید توجه داشت که این لیزر پالس‌هایی با طول‌موج‌های بسیار متفاوت از خود ساطع می‌کند که بعضی از آن‌ها به هدف نمی‌رسند و به شکل گرما از بین می‌روند.

از نظر بازدهی، لیزرهای Nd:YAG انرژی کمتری نسبت به لیزرهای CO2 و باز هم انرژی به مراتب کم‌تری نسبت به لیزرهای فیبری دارند.

با اینکه لیزرهای Nd:YAG در مقایسه با لیزرهای فیبری انرژی کمتری دارند، در برخی کاربردهای خاص همچنان مزیت دارند.

این نوع لیزر امکان کنترل دقیق‌تری را برای جوشکاری فراهم می‌کند که در انواع دیگر منابع لیزر نمی‌توان به آن دست یافت.

برای درک بهتر کاربرد هر یک از این سه نوع دستگاه جوش لیزری، پیشنهاد می‌کنیم به مقاله “انواع جوشکاری لیزری” مراجعه کنید.

در این مقاله، خواهید دید که هر کدام از این دستگاه‌ها در چه شرایط و روش‌هایی عملکرد بهتری دارند.

انواع دستگاه جوش لیزری بر اساس نوع لیزر

دستگاه جوش لیزری می‌تواند با دو نوع لیزر مختلف عمل کند: لیزر پالسی و لیزر پیوسته. انتخاب نوع لیزر بستگی به ضخامت و نوع ماده‌ای دارد که قصد جوش دادن آن را دارید.

1- لیزر پالسی

لیزر پالسی برای مواد سبک و نازک مانند ورق‌های فلزی، جواهرات، تیغه‌ها و پروتزهای پزشکی مناسب است.

این نوع لیزر به طور متناوب و به‌صورت پالس‌های کوتاه، انرژی را به ماده منتقل می‌کند که از ذوب یا تغییر شکل آن جلوگیری می‌کند.

لیزر پالسی به‌خصوص برای فلزات نازک و مواد حساس که باید بدون آسیب دیدن جوش داده شوند، ایده‌آل است.

لیزرهای پالسی برای انواع دستگاه جوش لیزری Nd:YAG مناسب‌تر هستند زیرا از ذوب شدن یا تغییر شکل مواد جلوگیری می‎کنند.

2- لیزر پیوسته

لیزر پیوسته برای جوشکاری انواع مواد، از نازک‌ترین تا ضخیم‌ترین ضخامت‌ها و با مقاومت‌های مختلف، به کار می‌رود.

این نوع لیزر به‌صورت مداوم و بدون وقفه انرژی را به قطعه منتقل می‌کند.

لیزر پیوسته برای جوشکاری قطعات ضخیم و مواد مقاوم به تغییر شکل مناسب است، اما این به آن معنا نیست که برای ورق‌های نازک کاربرد ندارد.

بنابراین لیزر پیوسته برای انواع دستگاه جوش لیزری فایبر و CO2 مناسب است.

این نوع لیزر هزینه بیشتری دارد، ولی در بلندمدت می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهد و برای پروژه‌های بزرگ‌تر از نظر اقتصادی به‌صرفه‌تر باشد.

بنابراین انتخاب بین لیزر پالسی و پیوسته کاملاً به شرایط کاری و نوع نیاز شما بستگی دارد.

انواع دستگاه جوش لیزری بر اساس عملکرد

برای دستگاه‌های جوش لیزری، عملکرد دستگاه به سه نوع مختلف تقسیم می‌شود: دستی، نیمه اتوماتیک و اتوماتیک.

انتخاب هر کدام از این عملکردها بستگی به میزان تولید شما، مقیاس تولید (کوچک یا بزرگ) و ترتیب ایستگاه کاری شما دارد.

در ادامه این سه نوع دستگاه جوش را بررسی می‌کنیم:

1- انواع دستگاه‌های جوش لیزری با عملکرد دستی

این نوع دستگاه‌ها معمولاً برای تولید در مقیاس کوچک مناسب هستند.

در این دستگاه‌ها، اپراتور مسئول توالی (ترتیب و نظم بخشیدن) قطعاتی است که قرار است جوش داده شود و این ماشین‌ها فشرده‌تر از دستگاه‌های نیمه اتوماتیک و اتوماتیک هستند.

همچنین این دستگاه‌ها معمولاً از درب‌های دستی یا اتوماتیک بهره می‌برند.

2- عملکرد نیمه اتوماتیک

این دستگاه‌ها بزرگ‌تر از دستگاه‌های دستی هستند و معمولاً به صفحات گردان مجهز می‌شوند.

برای تولید در مقیاس متوسط و بزرگ ایده‌آل هستند و به یک اپراتور نیاز دارند تا قطعات را به‌صورت دستی در فیکسچر بارگذاری کند.

3- عملکرد اتوماتیک

دستگاه‌های جوش اتوماتیک بزرگ‌ترین و پیشرفته‌ترین نوع هستند.

این دستگاه‌ها رباتیک هستند و به طور خودکار موقعیت قطعه کار را در زیر منبع لیزر مدیریت می‌کنند.

مداخله انسان در این دستگاه‌ها به حداقل می‌رسد و با ایستگاه‌های بارگیری و تخلیه خودکار، زمان توقف کاهش می‌یابد که به افزایش بهره‌وری کمک می‌کند.

این دستگاه‌ها برای تولید در مقیاس بزرگ بسیار مناسب هستند، اما هزینه آن‌ها به طور قابل توجهی بالاتر از دستگاه‌های دستی و نیمه اتوماتیک است.

جمع‌بندی: کدام نوع دستگاه جوش لیزری بهتر است؟

هر یک از انواع دستگاه جوش لیزری، ویژگی‌ها و کاربردهای خود را دارند و می‌توان از آن‌ها برای جوشکاری ورق‌های فلزی ضخیم و نازک استفاده کرد.

اما دستگاه‌های فایبر جوش به دلیل دقت و سرعت بالا نسبت به سایر دستگاه‌های لیزری، گزینه‌ی بهتری برای بیشتر صنایع به شمار می‎روند.