جوش لیزر چیست؟ (جوشکاری لیزری فایبر فلزات)

معرفی جوش لیزری و نحوه‌ی کار آن

جوش لیزری یا جوش لیزر، مدتی است که در عرصه صنعت جا باز کرده و در خیلی از کارگاه‌ها و کارخانه‌ها جایگزین سایر روش‌های جوشکاری شده است.

با وجود این بسیاری از افراد، هنوز نمی‌دانند جوشکاری لیزری چیست؟ و نحوه‌ی‌ کار آن چگونه است؟

از این رو در این بخش به معرفی کامل جوشکاری لیزری می‌پردازیم.

جوشکاری لیزر (LASER WELDING)، یک فرآیند دقیق است و شکل جدیدی از جوشکاری ذوبی به شمار می‌رود.

این روش در مقایسه با سایر روش‌های سنتی جوشکاری تغییر شکل بسیار کمی در قطعه پس از پردازش ایجاد می‌کند.

جوش لیزری، از یک پرتو لیزر پُر انرژی برای ذوب و متصل کردن فلزات به یکدیگر استفاده می‌کند و باعث ایجاد یک پیوند متالورژیکی قوی می‌شود.

مراحل جوش لیزری فلزات به شرح زیر است:

• پرتو لیزر جوشکاری به سطح می‌تابد و انرژی آن جذب ماده می‌شود.
• گرمای ناشی از این انرژی، سطح را ذوب می‌کند.
• درنتیجه حوضچه‌ای از ماده مذاب شکل می‌گیرد.
• این حوضچه مذاب در عرض چند میلی‌ثانیه دوباره به حالت جامد تبدیل و اتصال ایجاد می‌شود.

به جوش لیزر می‌توان مانند آزمایشی که در دوران کودکی با ذره‌بین، خورشید و کاغذ انجام می‌دادیم، فکر کرد.

وقتی ذره‌بین را در فاصله مناسبی از کاغذ نگه می‌داشتیم، نور خورشید متمرکز شده و باعث سوختن کاغذ می‌شد.

حالا تصور کنید اگر انرژی کافی را به طور متمرکز روی یک سطح فلزی اعمال کنید، می‌توانید آن را ذوب و حتی در برخی موارد به بخار تبدیل کنید.

این همان کاری است که جوشکاری لیزری با دقت و کارایی بالا انجام می‌دهد.

لیزر جوشکاری به دلیل چگالی توان بسیار بالا، منبع گرمایی متمرکزی ایجاد می‌کند که شدت آن به میلیون‌ها وات بر سانتی‌متر مربع می‌رسد.

برای دستیابی به سرعت بالای جوشکاری یا نفوذ عمیق‌تر، نیاز به لیزرهای قدرتمندتری است.

اما باید توجه داشت که قدرت بالاتر لیزر جوشکاری یکی از عوامل اصلی افزایش هزینه یک دستگاه جوش است.

جالب است بدانید که جوشکاری لیزری را می‌توان روی هر ماده‌ای که قابلیت ذوب و سپس جامد شدن مجدد را داشته باشد، به کار برد.

این یعنی اینکه علاوه بر فلزاتی مانند آلومینیوم، مس و فولاد ضد زنگ، جوش لیزری برای جوشکاری انواع مختلفی از مواد دیگر نیز قابل استفاده است.

حال که به خوبی متوجه شدید جوشکاری لیزری چیست؟ در ادامه همراه ما باشید تا شما را با انواع این نوع جوش آشنا کنیم.

انواع جوش لیزر

برای جوشکاری لیزری، معمولاً از لیزرهای فایبر یا لیزرهای فیبری استفاده می‌شود که رایج‌ترین نوع لیزر در این زمینه هستند.

با این حال انواع دیگری از لیزرها نیز قابلیت استفاده برای جوشکاری را دارند از جمله لیزرهای CO2، لیزرهای Nd:YAG، لیزرهای دیودی و سایر انواع.

حال بیایید به بررسی هر یک از این نوع لیزرها و لیزر فایبر بپردازیم تا ببینیم چگونه می‌توان از آن‌ها در فرآیند جوشکاری استفاده کرد:

1- لیزر فایبر (Fiber Laser)

لیزر جوشکاری فایبر به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین و اثبات‌شده‌ترین تکنولوژی‌ها در جوشکاری لیزری شناخته می‌شود.

از ویژگی‌های جوش لیزر فایبر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قدرت بالا که بدون محدودیت در دسترس است.
• طول موج مادون قرمز که به‌خوبی توسط اکثر فلزات جذب می‌شود.
• استفاده حداقلی از مواد مصرفی که نگهداری و تعمیرات را ساده‌تر می‌کند.
• راندمان انرژی بالا که باعث بهبود مدیریت حرارت و کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
• پرتو لیزر در یک کابل فیبر نوری تولید و هدایت می‌شود که این امر باعث افزایش کیفیت پرتو، دقت بیشتر و چگالی انرژی بالاتر برای نفوذ عمیق‌تر می‌گردد.
• طراحی اجزای نوری در دستگاه جوش لیزری فایبر به‌گونه‌ای است که امکان ادغام آن‌ها با روبات‌ها یا ماشین‌های CNC را به‌راحتی فراهم می‌آورد و کارایی و دقت فرآیند جوشکاری را بهبود می‌بخشد.

2- لیزر CO2

لیزر CO2 یکی از اولین تکنولوژی‌های لیزری است که برای جوشکاری لیزری در صنایع مختلف به کار گرفته شده است.

ویژگی‌های این نوع لیزر به شرح زیر است:

• راندمان انرژی لیزر CO2 معمولاً کمتر از لیزر فایبر است.
• اجزای نوری لیزر CO2 برای ادغام با روبات‌ها سازگار نیستند.
• به دلیل استفاده‌ی زیاد از مواد مصرفی در مقایسه با لیزر فایبر به تعمیر و نگهداری بالا نیاز دارد.
• پرتو لیزر را نمی‌توان با کابل فیبر نوری هدایت کرد که این امر منجر به کاهش کیفیت پرتو نسبت به جوش لیزر فایبر می‌شود.

3- لیزر Nd:YAG

لیزر Nd:YAG، یکی از تکنولوژی‌های اثبات‌شده در جوشکاری لیزری است که ویژگی‌های خاصی دارد.

این ویژگی‌ها عبارت‌اند از:

• این نوع لیزر بیشتر برای تعمیرات قالب استفاده می‌شود.
• نگهداری این لیزر هزینه‌بر است زیرا مواد مصرفی آن نیاز به تعویض دارند.
•  راندمان انرژی آن نسبت به لیزرهای فایبر و CO2 پایین‌تر است که منجر به مدیریت حرارتی ضعیف‌تر و هزینه‌های عملیاتی بیشتر می‌شود.
• پرتو لیزر Nd:YAG را می‌توان با کابل فیبر نوری هدایت کرد تا کیفیت پرتو بهبود یابد، اما همچنان تمرکز پرتو لیزر بر یک نقطه کوچک دشوارتر از لیزر فایبر است.

4- لیزر Diode

لیزر دیودی یکی از انواع لیزرهای پرکاربرد است که ویژگی‌های زیر را دارد:

• این نوع لیزر برای جوشکاری انواع متریال‌های مختلف قابل استفاده است.
• راندمان انرژی بالای لیزر دیودی به بهبود مدیریت حرارتی و کاهش هزینه‌های عملیاتی کمک می‌کند.
• کیفیت پرتو لیزر در این نوع ضعیف است و تمرکز روی یک نقطه کوچک در لیزر دیودی نسبت به سایر لیزرها دشوارتر است.

شما می‌توانید برای درک بهتر ویژگی‌های انواع جوش لیزر، مطلب “مقایسه جوش لیزری و جوش آرگون” را مطالعه کنید.

چه عواملی در انتخاب نوع جوش لیزری مهم هستند؟

در انتخاب نوع لیزر، یکی از فاکتورهای مهم طول موج آن است.

هر فلز به میزان متفاوتی طول موج‌ها را جذب و منعکس می‌کند.

اگر طول موج به خوبی جذب شود، به توان لیزر کمتری نیاز خواهد بود.

نمودار زیر نمای کلی از انواع فلزات و طیف جذب آن‌ها برای طول موج‌های مختلف را نشان می‌دهد:

مزایای جوش لیزری

جوشکاری لیزر مزایای قابل توجهی نسبت به روش‌های سنتی مانند MIG، TIG و جوشکاری قوس الکتریکی دارد.

در ادامه به شما خواهیم گفت که مهم‌ترین مزایای جوش لیزری چیست:

1- منطقه متأثر از گرما کوچک‌تر است

انرژی پرتو لیزر در یک منطقه کوچک متمرکز شده و به سرعت منتقل می‌شود.

این دقت بالا تنها مناطقی را که نیاز به گرم شدن دارند، گرم می‌کند و از ورودی گرمای غیرضروری جلوگیری می‌شود.

در ویدئوی زیر می‌توانید ببینید که جوش لیزر فقط یک منطقه کوچک را ذوب می‌کند و عمل جوش را انجام می‌دهد: