جوشكاری لیزری
دستگاه اشعه لیزری دارای طول موج های یكسان موج نوسان ندارد و بصورت آرام می باشد و روی یك سطح خیلی كوچك متمركز می گردد. لیزرهای جوشكاری اغلب به عنوان محیط موثر از یك مونو كریستال استفاده می كنند .
انرژی نورانی تحریك كننده بوسیله یك لامپ فلاش محتوی گاز اگزنول كه مونو كریستال را احاطه كرده است تشكیل می گردد و در داخل دستگاه دو آینه نیمه انعكاسی بطور موازی قرار دارند و به دسته های اشعه فرصت می دهند كه خارج شوند. گاهی اوقات به جای آینه یك منشور قرار داده می شود و اغلب اوقات منشور دنباله همان مونوكریستال تشكیل می شود. در اثر لامپ فلاش در محفظه یك ضربان نوری بوجود می آید كه زمان آن برحسب انرژی مصرفی می باشد.
نكات مورد نظر در جوشكاری لیزری
1- شدت حرارت بالا از امواج نورانی لیزر بدست می آید.
2- هنگام تبدیل اشعه لیزر به صورت نور می تواند از دو محیطی مانند هوا ، خلاء ، گازهای خنثی.
3- نیاز به تماس مكانیكی با قطعه كار مانند روش های دیگرندارد و از طرفی قطعه مورد نظر برای جوشكاری نیاز به قابلیت هدایت الكتریكی ندارد.
4- هنگام متمركز شدن اشعه لیزری كه یك سیستم ساده است می توان آنرا به سهولت خم، مستقیم و بصورت انعكاسی در آورد.
5- جوشكاری لیزری بوسیله انرژی ماكزیمم و مینیموم تشعشعی آن و مدت ضربان و تعداد متوسط این ضربه ها و نیز قدرت بزرگنمایی مشخص می شود.
وقتی یك اشعه LAZAR روی یك سطح فلزی برخورد می كند درجه حرارت آن سطح را تقریبا ً بطور آنی افزایش می دهد و حرارت سریعا ً به داخل فلز منتقل می شود جوشكاری لیزر بر اساس شدت تابش دسته های نورانی می باشد كه از كریستال خارج می شوند و با برخورد آن به قطعه كار تمركز این پرتوها دو قطعه به همدیگر پیوند می خورند. مقدار حجم فلز بستگی به شدت و انرژی دارد كه بوسیله ستون لیزر منتقل می گردد.
سرعت عمل جوشكاری و ضخامت فلز جوش دادنی بستگی به سرعت حرارت دارد كه با فلز تماس پیدا میكند. مقدار انرژی كه برای عمل جوشكاری لازم است مستقیما ً به حجم فلز بستگی دارد كه بایستی به نقطه ذوب برسد از طریق جوش لیزری می توان اجسام مختلفی را بهم جوش داد مانند اجسام غیر هم جنس فلزات نیكل ، مس ، تانتالم ، فولاد ضد زنگ ، آلومنیم
جوشكاری با اشعه لیزر
لیزر یك نام اختصاری به معنی تقویت نور با انتشار برانگیخته تابش است . فرآیند به برخورد یك اشعه نورتكرنگ هم فاز جهت دار و شدید به قطعه كاری كه ماده به وسیله تبخیر از آن خارج می شود بستگی دارد .
جوشكاری و برشكاری با استفاده از اشعه لیزر از روش های نوین جوشكاری بوده كه در دهه های اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر كیفیت ، سرعت و قابلیت كنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می شود به وسیله متمركز كردن اشعه لیزر روی فلز یك حوضچه مذاب تشكیل شده و عملیات جوشكاری انجام می شود .
اصول كار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشكاری
به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشكاری و برشكاری استفاده می شود : لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO2 . اصول كار لیزر Ruby كه از آن بیشتر در جوشكاری استفاده می شود. این سیستم لیزر از یك كریستال استوانه ای شكل Ruby یك نوع اكسید آلومینیوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند تشكیل شده است . دو سر آن كاملا صیقلی و آینه ای شده و در یك سر آن یك سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این كریستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق برای كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانیه طراحی شده است . لامپ گزنون با استفاده از یك خازن كه حدود 1000 بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می زند و هنگامی كه كریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش ها قرار بگیرد اتم های كرم داخل شبكه كریستالی تحریك شده و در اثر این تحریك امواج نور از خود ساطع می كنند و با باز تابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شكل می گیرد . اشعه لیزر شكل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یك عدسی بر روی قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح كوچكی آزاد می كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می شود .
محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالی كه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر های گاز مانند لیزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO2 بیشتر به منظور برش استفاده می شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشكاری آلومینیوم استفاده میشود . از انجا كه در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می شود این سیستم باید به یك سیستم خنك كننده مجهز باشد .
در جوشكاری لیزر دو روش عمده برای جوشكاری وجود دارد : یكی حركت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا كه یك جوش پیوسته شكل بگیرد و دیگری كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه است .
در جوشكاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میكروثانیه انجام می گیرد و به خاطر كوتاه بودن این زمان هیچ واكنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو، گاز محافظ لازم ندارد .
طراحی اتصال در جوشكاری لیزر
بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشكاری طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ازطرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود .
مزایای جوشكاری لیزر
حوضچه مذاب می تواند داخل یك محیط شفاف ایجاد شود (باعكس روش های معمولی كه همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود).
– محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیرهمجنس و … را میتوان به یكدیگر جوش داد.
– در این روش میتوان مكان های غیر قابل دسترسی را جوشكاری نمود.
– از آنجا كه هیچ الكترودی برای این منظور استفاده نمی شود نیازی به جریان های بالا برای جوشكاری نیست.
– اشعه لیزر نیاز به هیچ گونه گاز محافظ یا محیط خلائی برای عملكرد ندارد .
– به خاطر تمركز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریكی در جوش تشكیل می شود .
– جوشكاری لیزر نسبت به سایر روش های جوشكاری تمیزتر است .
محدودیت ها و معایب جوشكاری لیزر
سیستم های جوشكاری لیزرنسبت به سایر دستگاه های سنتی جوشكاری بسیارگران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اكثر آنها از سرعت پیشروی كمی برخوردارند ( 25 تا 250 میلیمتردردقیقه )همچنین این نوع جوشكاری دارای محدودیت عمق نیز می باشد .
موارد استفاده اشعه لیزر
از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاری استفاده می شود . این نوع جوشكاری دراتصال قطعات بسیار كوچك الكترونیكی و در سایر میكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه لیزر می توان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر هم جنس استفاده نمود . به طور كلی این روش جوشكاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژآن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.
جوشكاری لیزرساخت مدل ها را سرعت می دهد
لیزرهای StarWeld شركت Rofin Baasel جایگاه ویژه ای در امور تحقیقاتی پیدا كرده است . یك آزمایشگاه تحقیقاتی اغلب نیازمند آن است كه محصولات جدید را نمونه سازی كند تا زمان به بازاررسیدن محصول را كاهش دهد . سیستم های لیزر StarWeld با قابلیت جوشكاری انواع فلزات شامل مس ، فولادهای ابزار و تیتانیوم واكنون قابلیت ایجاد درز جوش و نقطه جوش قطعات حتی در زیر میكروسكوپ را دارند . جوش ها می توانند از حدود 2.5 mm تا 60 میكرون ایجاد شوند . سیستم اصلی با ولتاژ استاندارد 240 ولت و 13 آمپر تغذیه می شود . اكثر افراد می توانند در عرض 5 دقیقه یك جوش نسبتا خوب را با این سیستم انجام دهند .