جوشکاری لیزر
جوشکاری لیزری یک روش اتصال قطعات است که از پرتو لیزر به عنوان منبع حرارتی برای ذوب و اتصال مواد استفاده می‌کند. این روش دقت و سرعت بالایی دارد و در صنایع مختلفی کاربرد دارد.
جوشکاری لیزری یک فرآیند ذوبی است که در آن از پرتو لیزر برای ایجاد حرارت و ذوب کردن مواد در یک نقطه کوچک استفاده می‌شود تا دو قطعه به هم متصل شوند. این روش به دلیل دقت بالا، سرعت زیاد، و کنترل بهتر بر روی مناطق تحت تأثیر حرارتی، در مقایسه با روش‌های سنتی جوشکاری، مزایای قابل توجهی دارد. در روش جوشکاری لیزری (laser welding) با استفاده از ایجاد گرما و تابش اشعه لیزر ، جوشکاری انجام می‌شود. روش کار جوشکاری لیزری به این صورت است که با تابش اشعه به سطح کار و قطعه مورد نظر و ایجاد حرارت بالا حوضچه مذاب تشکیل می‌شود و در نتیجه می‌توان فرآایند اتصال و جوش را به وجود آورد. این روش از جوشکاری ذوبی دارای حالت‌ها و روش‌های مختلفی می‌باشد و به وسیله آن می توان انواع فلزات را به یکدیگر متصل کرد و جوش داد. از این روش جوش در صنایع مختلف استفاده می‌شود و کاربرد گسترده‌ای نیز دارد. جوشکاری پرتو لیزری به گونه‌ای است که به وسیله آن می‌توان انواع فلزات را جوش داد و برای این کار دستگاه‌هایی نیز به صورت دستی و تمام اتومات وجود دارند.
تاریخچه جوشکاری لیزری
برای اولین بار کلمه لیزر در سال ۱۹۵۹ توسط دانشجویان دانشگاه کلمبیا کشف و استفاده شد. دو شخصیت کلیدی در این زمینه، گوردون گولد و علی جوان، هر دو با دانشگاه کلمبیا در ارتباط بودند. سپس در اواخر دهه ۶۰ از روش گرما و حرارت استفاده شده و به مرور در دهه ۷۰ میلادی از روش جوشکاری لیزری در شکل های ابتدایی استفاده شد و رفته رفته همراه با رشد تکنولوژی و ساخت دستگاه جدید و استفاده از روش ها و حالت های مختلف این روش در حال حاضر یک روش نوین در جوشکاری شناخته می شود و در صنایع مختلف بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.
مزایای جوشکاری لیزری:
- دقت بالا:
جوشکاری لیزری امکان ایجاد جوش‌های بسیار دقیق و ظریف را فراهم می‌کند، به ویژه در قطعات کوچک و حساس.
- سرعت بالا:
این روش به دلیل سرعت بالای جوشکاری، می‌تواند در تولید انبوه و با حجم بالا بسیار مؤثر باشد.
- کنترل بهتر بر حرارت:
جوشکاری لیزری امکان کنترل دقیق میزان حرارت ورودی به قطعه کار را فراهم می‌کند و در نتیجه، از ایجاد اعوجاج و تغییر شکل قطعه جلوگیری می‌شود.
- حداقل تخریب حرارتی:
به دلیل تمرکز بالای پرتو لیزر، حرارت فقط در ناحیه جوش ایجاد می‌شود و تأثیر حرارتی بر سایر قسمت‌های قطعه به حداقل می‌رسد.
- کاهش پاشش فلز:
در جوشکاری لیزری، به دلیل دقت بالای فرآیند، پاشش فلز بسیار کم است و این امر به تمیزی و کیفیت جوش کمک می‌کند.
کاربردها:
با توجه به اینکه جوش لیزر دارای دقت ،سرعت و به طور کلی ظرافت بالایی می‌باشد، می‌توان در صنایع مختلف فرآیندهای جوشکاری را به سادگی انجام داد و در صنایع مختلفی مانند موارد زیر مورد استفاده قرار داد:
- صنعت الکترونیک
- صنعت خودرو
- صنعت هوا فضا
- صنعت پزشکی
- جواهر سازی
- ساخت کالا های تزئینی و . . .
انواع جوشکاری لیزری بر اساس نحوه اتصال
در سال های اخیر، دستگاه های جوش لیزری در ابعاد و اندازه های کوچکتری طراحی و تولید شده اند. این عمل به دلایل مختلفی انجام شده که از مهم ترین آن ها می توان نیاز به استفاده از جوش لیزری در فضا های محدود و کوچک اشاره کرد. استفاده از دستگاه های جوش لیزری کوچک تر می تواند کارایی بسیار بالاتری را ارائه دهد.
- جوشکاری لیزری نقطه‌ای:
در این روش، پرتو لیزر به صورت نقطه‌ای بر روی قطعه کار اعمال می‌شود.
- جوشکاری لیزری خطی:
در این روش، پرتو لیزر به صورت خطی بر روی قطعه کار حرکت می‌کند و جوش ایجاد می‌کند.
- جوشکاری لیزری ترکیبی:
در این روش، از ترکیب جوشکاری لیزری با روش‌های دیگر جوشکاری، مانند جوشکاری قوس الکتریکی، استفاده می‌شود تا مزایای هر دو روش به دست آید.
نکاتی در مورد جوشکاری لیزری
- انتخاب لیزر مناسب:
برای جوشکاری لیزری، انتخاب لیزر با توان و طول موج مناسب برای نوع ماده مورد نظر بسیار مهم است.
- پارامترهای جوش:
تنظیم صحیح پارامترهایی مانند سرعت جوشکاری، توان لیزر، و فاصله کانونی، برای دستیابی به جوش با کیفیت ضروری است.
- ایمنی:
جوشکاری لیزری نیازمند رعایت نکات ایمنی ویژه، از جمله استفاده از عینک محافظ و رعایت فاصله ایمنی از پرتو لیزر است.
حالت های مختلف جوشکاری لیزری
با توجه به اینکه جوش لیزری یک روش نوین در جوشکاری است و به وسیله این روش می‌توان فرآیند جوشکاری را با دقت و سرعت بالا انجام داد، حرارت و تابش در این روش نقش اساسی دارند. این روش از جوشکاری ذوبی دارای حالت‌های مختلف، روش‌ها و انواع اتصال‌ها است که به وسیله هر کدام از این حالت های جوش لیزری می‌توان فرآیند اتصال را انجام داد. در زیر انواع حالت‌های جوشکاری لیزری بررسی شده است:
رسانشی
در این حالت از جوشکاری لیزری، جوش به صورت عریض و با عمق کم ایجاد می‌شود و در واقع می‌توان گفت که یک جوشکاری سطحی انجام می‌گیرد. این روش از جوشکاری به دو شکل گرم کردن مستقیم و انتقال انرژی انجام می‌شود.
- گرم کردن مستقیم: در جوشکاری رسانشی لیزری با مدل گرم کردن مستقیم می‌توان طیف وسیعی از فلزات و آلیاژها را جوشکاری کرد.
- انتقال انرژی: در مدل انتقال انرژی از یک جوهر برای جوشکاری استفاده می‌شود و کار جوهر نیز به این صورت است که ابتدا اشعه لیزر را جذب کرده و آن را به ضخامت مورد نظر منتقل می‌کند. در این روش می‌توان مواد پلیمری را جوشکاری کرد.
رسانشی- نفوذی
این حالت از جوشکاری لیزری با حالت قبلی تفاوت دارد و در آن عمق جوش نسبت به روش رسانشی بیشتر است و عرض کمتری نیز در فرایند جوش لیزری ایجاد می‌شود.
نفوذی
در روش جوش لیزری نفوذی که اصطلاحا به آن سوراخ کلید نیز گفته می‌شود، آنچه اهمیت دارد این است که بر اثر تابش اشعه لیزر عمق جوش بیشتری به وجود می‌آید و در عوض، عرض جوش بسیار نازک است. این تابش اشعه، سوراخ‌هایی به وجود می‌آورد که سوراخ‌های ایجاد شده بر اثر ذوب شدن دیواره‌های آن پر می‌شوند و فرآیند اتصال قطعات تکمیل می‌گردد.
مزیت های جوشکاری لیزری
با توجه به اینکه جوش لیزر یکی از روش‌های نوین در جوش ذوبی است و در صنایع مختلفی استفاده می‌شود دارای مزیت‌ها و ویژگی‌های مهمی است؛ از جمله مزیت‌ها و ویژگی‌های جوشکاری لیزری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- دقت و سرعت بالا در جوشکاری
- انجام جوشکاری ظریف
- مصرف پایین برق و انرژی
- قابلیت جوشکاری انواع فلزات
- قابلیت جوشکاری پلاستیک
- عدم نیاز به گاز محافظ
معایب جوشکاری لیزری
در کنار مزیت‌های بسیاری که جوش لیزری دارد گاهی معایبی هم وجود دارد، اما این معایب به صورتی است که در مقابل ویژگی‌های مثبت و مزایای جوشکاری لیزری ناچیز است که در زیر به آنها اشاره می‌کنیم:
- محدودیت در ضخامت ورق
- بازده تبدیل انرژی کم
- نیازر به تجربه و مهارت بالا
چند نوع از جوشکاری لیزر
جوش طلا و میکرو قطعات
دستگاه جوش طلا و میکرو قطعات، دستگاهی است که از فناوری لیزر برای جوشکاری دقیق و ظریف قطعات طلا و سایر فلزات گرانبها استفاده می‌کند. این دستگاه‌ها به دلیل دقت بالا، سرعت و کیفیت جوشکاری، در صنعت جواهرسازی و ساخت قطعات الکترونیکی ظریف کاربرد دارند
جوشکاری لیزری پلاستیک
پلاستیک‌ها از جمله متریال‌هایی هستند که به وسیله جوش لیزری می‌توان آنها را به یکدیگر متصل کرد اما برای انجام آن باید به موارد مهمی توجه کرد که از جمله آنها این است که ابتدا باید پلاستیک جوش پذیر را انتخاب کرد. در مرحله بعد باید یکی ار پلاستیک‌ها شفاف و دیگری کدر باشد تا بتوان با استفاده از گرما و اشعه، فرآیند جوش را انجام داد یعنی اینکه اشعه لیزر از مواد شفاف عبور کرده و در مرز جوش با مواد کدر بتواند موجبات جوش را به وجود بیاورد و منظور از شفاف بودن این است که قابلیت عبور پذیری اشعه لیزر را داشته باشد نه نور مرئی را. همچنین باید مراقب بود که لیزر از یک سمت قطعات بیرون نزند و در محل اتصال دو پلاستیک کار جوش را انجام دهد.
جوش لیزری استیل
استیل از جمله فلزات رنگین است که به وسیله جوش لیزری می‌توان با سرعت بالا و وقت بسیار جوشکاری لیزری را انجام داد. در این روش باید از ورق‌های نازک استیل استفاده کرد به گونه ای که کوچکترین جای جوش را باقی نگذارد و این به خاطر ظرافت بالایی است که در حین جوشکاری پرتو لیزری می‌توانیم در اختیار داشته باشیم. فرآیند اتصال ورق‌های استیل به وسیله جوشکاری لیزری به نسبت دیگر روش‌ها و انواع جوشکاری از سرعت بسیار بالایی برخوردار است و در مقایسه با انواع دیگر جوشکاری حدود ۸ تا ۱۰ برابر بیشتر سرعت دارد.
جوش لیزری فلزات
جوشکاری لیزری این قابلیت را دارد که با آن بتوان فلزات مختلف را جوشکاری کرد. از جمله این فلزها می‌توان به مس، آلومینیوم، تیتانیوم، نیکل و … اشاره کرد. گاهی اوقات نیز می‌توان برای اتصال و جوش دادن دو فلز مانند مس و روی به یکدیگر و یا موارد مشابه از آن استفاده کرد. هنگام جوشکاری لیزری فلزات، مهم است که به ضخامت ورق ها دقت کنیم.
جوش لیزری آهن
جوش لیزری آهن یکی از تکنولوژی های جوشکاری ذوبی است که با کمک پرتو لیزر روی قطعه‌های آهنی صورت می‌گیرد. در این روش، دستگاه جوش لیزری آهن با تمرکز پرتو لیزر روی نقاط، باعث ذوب شدن و اتصال قطعات آهنی را فراهم می‌کند.
جوشکاری فایبر
جوشکاری فایبر، یک روش جوشکاری با استفاده از لیزر فایبر است. لیزر فایبر کاربردهای متنوع دیگری هم دارد که در ادامه به آن ها اشاره شده است اما یکی از پرکاربردترین استفاده‌ها از لیزر فایبر برای جوشکاری است. در این روش، از انرژی لیزر فایبر برای جوشکاری و اتصال قطعات فلزی استفاده می‌شود. در این فرآیند، پرتو لیزر با قدرت بالا به سطح فلزی تابانده می‌شود و انرژی آن باعث ذوب شدن و اتصال قطعات می‌شود.
کاربردهای جوشکاری فایبر
- صنایع خودروسازی
- صنایع هوافضا و هوانوردی
- تولید لوازم الکترونیکی
- صنعت انرژی
- صنایع دریایی
در جوشکاری فایبر از لیزر فایبر استفاده می‌شود؛ این لیزر از فیبر نوری به عنوان وسیله انتقال انرژی استفاده می‌کند. این فیبرها معمولاً از شیشه سیلیکا ساخته شده و با مواد کمیاب خاکی مانند اربیوم، ایتربیوم یا نئودیمیم تلفیق شده‌اند. لیزر فایبر با توان بالا و قابلیت توجه به تفاوت‌های فاصله، به دلیل کارآیی بالا و نور تمرکز شده خود، در موارد مختلف به کار می‌رود.
