جوشکاری و برش لیزری چیست؟
جوشکاری و برش لیزری چیست و چرا باید از جوشکاری پرتو لیزری استفاده کنیم؟ لیزر مخفف تقویت نور توسط Stimulated Emission of Radiation می باشد. پرتو لیزر یک نور منسجم (تک فاز) از طول موج منفرد (تک رنگ) است. پرتو لیزر واگرایی کم و میزان انرژی بالایی دارد و بنابراین در صورت برخورد به یک سطح سبب ایجاد گرما می شود.
جوشکاری پرتو لیزر یک تکنیک غیرتماسی در ساخت است که به وسیله آن دو یا چند قطعه از مواد (معمولاً فلز) از طریق استفاده از پرتو لیزر به یکدیگر وصل می شوند و دسترسی به منطقه جوش برای جوشکاری کافی است همچنین قطعات فقط از یک طرف جوشکاری می شوند.جوش لیزر به عنوان نور لیزر شدید به سرعت مواد را در میلی ثانیه گرم می کند.
چرا جوشکاری و برش لیزری ؟
انتقال انرژی جوشکاری پرتو لیزر نسبت به فرآیندهای جوش قوس الکتریکی متفاوت است. در جوشکاری با لیزر، جذب انرژی توسط یک ماده تحت تأثیر عوامل بسیاری از قبیل نوع لیزر، تراکم انرژی و شرایط سطح فلز پایه قرار می گیرد.
خروجی لیزر از نظر ماهیت، الکتریکی نیست و نیازی به جریان الکتریکی ندارد. این کار هرگونه اثر مغناطیس را از بین می برد و این روند را به مواد رسانا الکتریکی محدود نمی کند. لیزرها می توانند با هر ماده ای ارتباط برقرار کنند و نیازی به خلاء نیست و همچنین اشعه ایکس تولید نمی کنند.
جوشکاری لیزر در سه حالت متفاوت عمل می کند:
جوشکاری هدایت شونده (Conduction)
جوشکاری هدایت/ نفوذ (Conduction/Penetration)
جوشکاری نفوذ (Keyhole or Penetration).
جوشکاری هدایت شونده
جوش های هدایت شونده با انرژی کم انجام می شوند و در نتیجه در قطعه، جوش کم عمق ایجاد می شود. جوشکاری هدایت شونده معمولاً زمانی اتفاق می افتد که قدرت تراکم به طور معمول کمتر از ۱۰۵W/cm2 باشد. پرتو لیزر فقط در سطح ماده جذب می شود و به آن نفوذ نمی کند. معمولاً عرض جوشکاری هدایت شونده نسبت به عمق آن بالاتر است .
انواع اصلی لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری و برش
در جوشکاری و برش لیزری از انواع مختلف لیزر استفاده می گردد که عبارتند از:
لیزرهای گازی:
در این لیزرها از مخلوط گازهایی مانند هلیوم و نیتروژن استفاده می شود. نوع دیگری از لیزر، لیزرهای CO2 یا دی اکسید کربن می باشد که در آنها مخلوطی از دی اکسید کربن با خلوص بالا و گاز هلیوم و نیتروژن به عنوان گاز واسط استفاده می شود. در این لیزرها منبع تغذیه ای با ولتاژ بالا و جریان کم استفاده شده تا با استفاده از یک محیط لیزینگ، مخلوط گاز را در حالت پالسی یا مداوم تحریک کنند.
لیزرهای حالت جامد:
(نوع Nd: YAG و لیزرهای یاقوت) در طول موج ۱ میکرومتر هم به صورت پالسی و هم مداوم عمل می کنند. عمل پالس اتصالات مشابه جوش های نقطه ای اما با نفوذ کامل می باشد. انرژی پالس ۱ تا ۱۰۰ ژول و زمان پالس ۱ تا ۱۰ میلی ثانیه می باشد.
لیزرهای دیود:
از این لیزر برای مواردی که مناطق جوشکاری بسیار کوچک است و دسترسی به آنها سخت می باشد استفاده می گردد. برای محافظت، گاز متناوب مورد نیاز است.
تاریخچه جوشکاری لیزر
انیشتین برای اولین بار اصول مکانیکی کوانتومی لیزرها را در آغاز قرن بیستم مطرح کرد.
۱۹۶۰: اولین لیزر بنام لیزر یاقوت برای اولین بار در سال ۱۹۶۰ شروع به کار کرد.
۱۹۷۰: اولین لیزرها با کارایی بالا در دهه ۱۹۷۰ با توسعه لیزرهای CO2 تولید شدند. از این زمان برنامه های کاربردی برای پرتوهای لیزر تکامل یافته اند.
دهه ۱۹۸۰: در این دهه لحیم کاری لیزر به یک روش محبوب برای پیوستن قطعات الکترونیکی از طریق سوراخ در صفحه های مدار چاپی تبدیل شده است.
۱۹۸۷: فرآیند همجوشی پودر لیزر توسعه یافت.
۲۰۰۲: شرکت لیند گاز در آلمان، یک لیزر دیود با استفاده از گازهای فرآیندی و”اجزای گاز فعال” برای تقویت اثرات “هولینگ کلیدی” برای جوشکاری لیزر تولید کرده که در آن گاز آرگون-CO2، سرعت جوش را افزایش می دهد و افزودن گاز فعال جهت جریان فلز را درون حوضچه جوش تغییر می دهد و جوش باریک و باکیفیت تری ایجاد می کند.
