جوشکاری با لیزر

دسته: مقالات

laser welding5

            جوشكاري با ليزر

ليزر يك نام اختصاري به معني تقويت نور با انتشار برانگيخته تابش است . این فرآيند به برخورد يك اشعه نور تكرنگ همفاز جهت دار و شديد به قطعه كاري كه ماده به وسيله تبخير از آن خارج ميشود بستگي دارد .

جوشكاري و برشكاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشكاري بوده كه در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر كيفيت ، سرعت و قابليت كنترل آن به طور وسيعي در صنعت از آن استفاده مي شود .به وسيله متمركز كردن اشعه ليزر روي فلز يك حوضچه مذاب تشكيل شده و عمليات جوشكاري انجام مي شود .                        
اصول كار و انواع ليزرهاي مورد استفاده در جوشكاري :

به طور عمده از دو نوع ليزر در جوشكاري و برشكاري استفاده مي شود :  

ليزرهاي جامد مثل Ruby و YAG

ليزرهاي گاز مثل CO2

 در زير اصول كار ليزر Ruby كه از آن بيشتر در جوشكاري استفاده مي شود توضيح داده مي شود . اين سيستم ليزر از يك كريستال استوانه اي شكل Ruby) Ruby يك نوع اكسيد آلومينيوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند) تشكيل شده است . دو سر آن كاملا صيقلي و آينه اي شده و در يك سر آن يك سوراخ ريز براي خروج اشعه ليزر وجود دارد . در اطراف اين كريستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق براي كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانيه طراحي شده است . لامپ گزنون با استفاده از يك خازن كه حدود 1000 بار در ثانيه شارژ و تخليه شده فلاش مي زند و هنگامي كه كريستال Ruby تحت تاثير اين فلاش ها قرار بگيرد اتمهاي كرم داخل شبكه كريستالي تحريك شده و در اثر اين تحريك امواج نور از خود سطع مي كنند و با باز تابش اين اشعه ها در سطوح صيقلي و تقويت آنها اشعه ليزر شكل مي گيرد . اشعه ليزر شكل گرفته از سوراخ ريز خارج شده و سپس به وسيله يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژي بسيار زيادي در سطح كوچكي آزاد مي كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب مي شود .

محدوديت ليزر Ruby پيوسته نبودن اشعه آن است در حاليكه انرژي خروجي ان بيشتر از ليزر هاي گاز مانند ليزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پيوسته است، از ليزر CO2 بيشتر به منظور برش استفاده مي شود و از ليزر YAG بيشتر براي جوشكاري آلومينيوم استفاده ميشود .

از انجا كه در اين روش مقدار اعظمي از انرژي مصرف شده به گرما تبديل مي شود اين سيستم بايد به يك سيستم خنك كننده مجهز باشد .

laser welding1

 

در جوشكاري ليزر دو روش عمده براي جوشكاري وجود دارد :

حركت دادن سـريع قطعه زير اشعه .

جوش دادن با چند سري پرتاب اشعه.

در جوشكاري ليزر تمامي عمليات ذوب و انجماد در چند ميكروثانيه انجام مي گيرد و به خاطر كوتاه بودن اين زمان هيچ واكنشي بين فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از اين رو گاز محافظ لازم ندارد .

طراحي اتصال در جوشكاري ليزر          

بهترين طرح اتصال براي اين نوع جوشكاري طرح اتصال لب به لب مي باشد و با توجه به محدوديت ضخامت در آن مي توان ازطرح اتصال هاي T يا اتصال گوشه نيز استفاده نمود .

مزاياي جوشكاري ليزر :

-حوضچه مذاب مي تواند داخل يك محيط شفاف ايجاد شود (برعكس روشهاي معمولي كه هميشه حوضچه مذاب در سطح خارجي آنها ايجاد مي شود) .

    - محدوده بسيار وسيعي از مواد را مانند آلياژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غير همجنس و ... را ميتوان به يكديگر جوش داد .

   - در اين روش ميتوان مكان هاي غير قابل دسترسي را جوشكاري نمود .
    - از آنجا كه هيچ الكترودي براي اين منظور استفاده نمي شود نيازي به جريانهاي بالا براي جوشكاري نيست .

  - اشعه ليزر نياز به هيچگونه گاز محافظ يا محيط خلايي براي عملكرد ندارد .
  - به خاطر تمركز بالاي اشعه منطقه HAZ بسيار باريكي در جوش تشكيل ميشود .
  - جوشكاري ليزر نسبت به ساير روشهاي جوشكاري تميز تر است .


laser welding4

محدوديت ها و معايب جوشكاري ليزر :    

سيستم هاي جوشكاري ليزرنسبت به ساير دستگاههاي سنتي جوشكاري بسيار گران هستند و در ضمن ليزرهايي مانند Ruby به خاطر پالسي بودن اكثر آنها از سرعت پيشروي كمي برخوردارند ( 25 تا 250 ميليمتر در دقيقه ) . همچنين اين نوع جوشكاري درراي محدوديت عمق نيز مي باشد .

موارد استفاده اشعه ليزر :

از اشعه ليزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاري استفاده مي شود . اين نوع جوشكاري در اتصال قطعات بسيار كوچك الكترونيكي و در ساير ميكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه ليزر ميتوان در جوش دادن آلياژها و سوپر الياژها با نقطه ذوب بالا و براي جوش دادن فلزات غير همجنس استفاده نمود . به طور كلي اين روش جوشكاري براي استفاده هاي دقيق و حساس استفاده ميشود . از اين روش ميتوان در صنعت اتومبيل و مونتاژآن براي جوش دادن درزهاي بلند استفاده نمود.

جوشكاري ليزر ساخت مدلها را سرعتميدهد

ليزر هايَ StarWeld شركت Rofin Baasel جايگاه ويژه اي در امور تحقيقاتي پيدا كرده است . يك آزمايشگاه تحقيقاتي اغلب نيازمند آنست كه محصولات جديد را نمونه سازي كند تا زمان به بازار رسيدن محصول را كاهش دهد . سيستم هاي ليزر StarWeld با قابليت جوشكاري انواع فلزات شامل مس ، فولادهاي ابزار و تيتانيوم واكنون قابليت ايجاد درز جوش و نقطه جوش قطعات حتي در زير ميكروسكوپ را دارند . جوشها مي توانند از حدود 2.5 میلیمتر تا 60 ميكرون ايجاد شوند . سيستم اصلي با ولتاژ استاندارد 240 ولت و 13 آمپر تغذيه مي شود . اكثر افراد ميتوانند در عرض 5 دقيقه يك جوش نسبتا خوب را با اين سيستم انجام دهند !

 laser welding6

كاربردهای روزمره ليزر در صنعت چيست؟

ماشين‌كاري  :با ليزر كه از گاز اكسيژن مي‌توان براي افزايش بازده ماشين‌كاري بهره برد. مثلاً سوراخ‌كاري با ليزر، به علت اينكه برخورد فيزيكي بين ابزار ليزر و قطعه وجود ندارد بنابراين شكست و سايش سرمته حذف مي‌شود.

برشكاري : براي برش فولاد از ليزري با توان 1 تا kw 200 استفاده مي‌شود. همان‌طور كه گفته شد جت اكسيژن مي‌تواند به عمل برش كمك بسزايي كند.

كنده‌كاري : مواد ترد مثل سيليسيم، شيشه و سراميك را با كنده‌كاري با ليزر مي‌توان براده‌برداري و شكل‌دهي كرد.

شكست كنترل شده : انرژي ليزر را مي‌توان براي شكستن اجزاء دقيق مثل مدارها و يا اجزاء الكترونيك، به صورت كنترل شده بكار برد.

برش اجزاء الكترونيكوبالانس ديناميكي اجزاء مدار : با برشكاري ليزر بالانس بسيار دقيق قابل انجام است. در اين كار براده‌برداري با سرعت چند ميلي‌گرم در هر پالس با سوراخ‌كاري عميق انجام مي‌شود.

جوشكاري : در صنايع اتومبيل سازي براي جوشكاري درب‌ها و سقف اتومبيل به وفور استفاده مي‌شود.