011-35276666
info@khazartransfo.ir
جوشکاری با لیزر (Laser Beam Welding - LBW)
جوشکاری با لیزر (Laser Beam Welding - LBW)

جوشکاری با لیزر (Laser Beam Welding - LBW)

جزئیات

جوشکاری با لیزر یک فرآیند جوشکاری پیشرفته است که از پرتوی لیزر بسیار متمرکز و پرانرژی به عنوان منبع حرارت برای ذوب و اتصال مواد استفاده می‌کند. این تکنولوژی به دلیل دقت، سرعت و کیفیت بالای خود، در صنایع مدرن به طور گسترده‌ای به کار می‌رود.

14 مهر 1404

در ادامه یک بررسی جامع و ساختاریافته درباره جوشکاری با لیزر ارائه شده است:


جوشکاری با لیزر (Laser Beam Welding - LBW)

جوشکاری با لیزر یک فرآیند جوشکاری پیشرفته است که از پرتوی لیزر بسیار متمرکز و پرانرژی به عنوان منبع حرارت برای ذوب و اتصال مواد استفاده می‌کند. این تکنولوژی به دلیل دقت، سرعت و کیفیت بالای خود، در صنایع مدرن به طور گسترده‌ای به کار می‌رود.

1. اصول و مکانیسم کار

  • منبع لیزر: یک پرتو لیزر با توان بالا (مانند لیزرهای حالت جامد Nd:YAG، دیسک، فایبر یا لیزرهای گازی CO2) تولید می‌شود.

  • متمرکز کردن: این پرتو از طریق یک سیستم اپتیکی (عدسی‌ها یا آینه‌ها) روی یک نقطه بسیار کوچک (معمولاً با قطر چند دهم میلی‌متر) متمرکز می‌شود.

  • جذب انرژی: انرژی متراکم شده پرتو لیزر توسط سطح ماده جذب شده و در کسری از ثانیه باعث ذوب موضعی و ایجاد یک "حوضچه مذاب" می‌شود.

  • اتصال: با حرکت پرتو لیزر در طول خط اتصال، حوضچه مذاب حرکت کرده و پس از سرد شدن، یک اتصال جوش جامد و مستحکم ایجاد می‌کند.

2. انواع اصلی جوشکاری با لیزر

  • جوشکاری هدایت حرارتی (Conduction Mode Welding):

    • در این حالت، انرژی لیزر به اندازه‌ای است که فقط باعث ذوب سطحی می‌شود و حرارت主要通过 هدایت به درون ماده نفوذ می‌کند.

    • مشخصات: عمق نفوذ کم، عرض جوش بیشتر، سطح جوش صاف و زیبا.

    • کاربرد: برای اتصال ورق‌های نازک، جوشکاری لب به لب و کاربردهای ظریف.

  • جوشکاری حفرۀ کیزانی یا نفوذ عمیق (Keyhole Mode Welding):

    • در این حالت، چگالی انرژی آنقدر بالا است که ماده نه تنها ذوب، بلکه部分اً تبخیر نیز می‌شود. فشار بخار فلز، حوضچه مذاب را به عقب رانده و یک "حفره" (Keyhole) در عمق ماده ایجاد می‌کند.

    • مشخصات: عمق نفوذ بسیار زیاد، نسبت عمق به عرض بالا (حتی بیش از 10:1).

    • کاربرد: برای اتصال قطعات ضخیم، جوشکاری شیاری عمیق و صنایعی مانند خودروسازی و کشتی‌سازی.

3. مزایای جوشکاری با لیزر

  • چگالی توان بسیار بالا: امکان جوشکاری مواد با ضخامت‌های زیاد و همچنین مواد با هدایت حرارتی بالا مانند مس و آلومینیوم.

  • نرخ گرمایش و سرمایش سریع: باعث ایجاد منطقه متأثر از حرارت (HAZ) بسیار باریک و کاهش اعوجاج (تغییر شکل) قطعه کار می‌شود.

  • دقت و کنترل فوق‌العاده: امکان جوشکاری در مناطق بسیار کوچک و دسترسی‌پذیر با حداقل تماس فیزیکی.

  • قابلیت اتوماسیون بالا: این فرآیند به راحتی توسط ربات‌ها قابل انجام است و برای خطوط تولید انبوه ایده‌آل است.

  • انعطاف‌پذیری: امکان جوشکاری مواد مختلف از جمله فولادهای زنگ‌نزن، تیتانیوم، آلومینیوم و حتی برخی پلاستیک‌ها.

  • جوشکاری بدون سیم جوش: در بسیاری از موارد می‌توان بدون نیاز به سیم جوش (Filler Wire) اتصال با کیفیتی ایجاد کرد.

4. معایب و محدودیت‌ها

  • هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بالا: قیمت دستگاه‌های جوشکاری لیزر industrial بسیار گران است.

  • محدودیت در ضخامت: اگرچه برای ضخامت‌های متوسط عالی است، اما برای قطعات بسیار حجیم و ضخیم (مثلاً بیش از 25 میلی‌متر در یک پاس) ممکن است اقتصادی نباشد.

  • نیاز به اتصال با فیت دقیق (Fit-up): درز اتصال باید کاملاً دقیق و بدون فاصله باشد، در غیر این صورت خطر بروز حفره و ناپیوستگی وجود دارد.

  • خطر بازتابش (Reflectivity): مواد با سطح بازتابنده بالا مانند مس و آلومینیوم می‌توانند بخشی از انرژی لیزر را منعکس کنند که این امر هم بر راندمان تأثیر می‌گذارد و هم ممکن است به optics دستگاه آسیب بزند. این مشکل معمولاً با استفاده از لیزرهای با طول موج خاص (مانند لیزر فایبر) حل می‌شود.

  • ایجاد تخلخل (Porosity): در صورت قفل نشدن صحیح حفره کیزانی، ممکن است حباب‌های گاز در جوش به دام بیفتند.

5. کاربردهای صنعتی

  • صنعت خودروسازی: جوشکاری بدنه، درها، سیستم‌های اگزوز، انتقال قدرت و قطعات باتری خودروهای الکتریکی.

  • صنایع الکترونیک و پزشکی: جوشکاری قطعات بسیار ظریف مانند سنسورها، محرک‌ها، باتری‌های قلب و ابزارهای جراحی.

  • هوا فضا: اتصال قطعات حساس و پراسترس توربین‌ها، محفظه‌های احتراق و بدنه هواپیما از جنس تیتانیوم و سوپرآلیاژها.

  • ساخت لوازم خانگی: جوشکاری باکیفیت و زیبای بدنه محصولاتی مانند ظروف استیل آشپزخانه.

6. ملاحظات ایمنی

جوشکاری با لیزر به دلیل استفاده از پرتوهای پرانرژی، خطرات جدی دارد:

  • آسیب چشمی: پرتو لیزر و پلاسمای ناشی از آن می‌تواند باعث آسیب دائمی به قرنیه و شبکیه چشم شود.

  • آسیب پوستی: تماس پرتو با پوست باعث سوختگی می‌شود.

  • آتش‌سوزی: پرتو لیزر می‌تواند مواد قابل اشتعال در اطراف را مشتعل کند.

  • دود و بخارات سمی: فرآیند جوشکاری بخارات و ذرات ریز (Fume) تولید می‌کند که استنشاق آن‌ها خطرناک است.

راهکارهای ایمنی: استفاده از محفظه‌های دربسته، عینک‌های محافظ مخصوص لیزر، سیستم‌های تهویه و اگزاست دود و آموزش کامل اپراتورها.


جمع‌بندی

جوشکاری با لیزر یک فناوری کلیدی و پیشرو در عرصه ساخت‌وساز مدرن است که مزایای منحصربه‌فردی در زمینه دقت، سرعت و کیفیت ارائه می‌دهد. با وجود هزینه اولیه بالا و برخی محدودیت‌ها، نقش آن در صنایع پیشرفته و تولید محصولات با فناوری بالا روزبه‌روز پررنگ‌تر می‌شود.

مقاله ها مرتبط