همه چیز درباره جوشکاری لیزری

مقدمه

جوشکاری لیزری به انگلیسی Laser Welding یک فناوری مهم در تولیدات صنعتی پیشرفته و مهندسی است که روزبه‌روز محبوب‌تر می‌شود. این روش مزایای فراوانی نسبت به روش‌های سنتی جوشکاری دارد، از جمله توانایی جوشکاری انواع مواد و ایجاد اتصالات تمیز و محکم با سرعت و دقت بالا. این فناوری در صنایع هوافضا، خودروسازی، و پزشکی مورد استفاده قرار گرفته و برای تولید تجهیزات الکترونیکی نیز به‌طور گسترده به کار می‌رود.

ما قبلا چندین پست در مورد برش لیزری در سایت بازارگاه ساخت و تولید ایران منتشر کرده ایم. در این مقاله به بررسی کاربردهای جوشکاری لیزری، مزایا و معایب آن، و انواع مختلف این روش خواهیم پرداخت.قبل از مطالعه این مقاله ابتدا فیلمی درباره سیستم جوشکاری لیزری دستی شرکت میلر را باهم ببینیم.

جوشکاری لیزری چیست؟

جوشکاری لیزری یک روش کارآمد و نسبتاً ملایم است که عمدتاً قطعات فلزی را با استفاده از یک پرتو نوری با شدت بالا به هم متصل می‌کند. این پرتو باعث ذوب شدن مواد و سپس جوش خوردن آن‌ها هنگام خنک شدن و خشک شدن می‌شود. تجهیزات مورد استفاده در این روش می‌توانند یک ماشین بزرگ و ثابت یا یک مشعل دستی، مشابه جوشکاری میله‌ای یا جوشکاری الکترود دستی، باشند.

این فرآیند به راحتی قابل اتوماسیون است و تولید انبوه با کیفیت ثابت و بالایی را ارائه می‌دهد که در روش‌های دیگر معمولاً تنها از طریق جوشکاری نقطه‌ای قابل دستیابی است. گاهی اوقات برای افزایش قدرت اتصال از فلز پرکننده استفاده می‌شود، اما همیشه ضروری نیست. پرتو جوشکاری لیزری به طور معمول توسط لیزرهای حالت جامد، فیبر نوری، یا CO2 تولید می‌شود که هر کدام مزایای خاص خود را دارند.

در نقطه تمرکز پرتو، فلز به دمای ذوب خود می‌رسد و یک حوضچه موضعی ایجاد می‌کند که در صورت نیاز می‌توان از میله پرکننده در آن استفاده کرد. سپس، پرتو لیزر در امتداد سطح اتصال حرکت می‌کند. این پرتو لبه جلویی را ذوب کرده و لبه پشتی حوضچه ذوب‌شده را خنک و جامد می‌کند. در یک جوش موفق، فلز سرد شده به هر دو قطعه به طور یکسان متصل می‌شود و عاری از اکسیداسیون می‌ماند. ویژگی برجسته این فرآیند دقت بالای آن است. اگر نقطه کوچکی برای جوشکاری دارید، می‌توانید به راحتی به آن دسترسی پیدا کنید بدون اینکه به مواد اطراف آسیب وارد کنید یا قطعه کار را خراب کنید.

تاریخچه و تکامل جوشکاری لیزری

جوشکاری لیزری به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های اتصال مواد، از دهه 1960 میلادی تاکنون، مسیر طولانی و پرباری را طی کرده است. این فناوری با استفاده از یک پرتو لیزری با انرژی بالا، قادر است فلزات و مواد دیگر را با دقت و سرعت بسیار بالایی جوش دهد. در ادامه به بررسی روند توسعه و تکامل این فناوری و پذیرش آن در صنایع مختلف از زمان پیدایش تا به امروز می‌پردازیم.

دهه 1960: آغاز پیدایش جوشکاری لیزری

جوشکاری لیزری در اوایل دهه 1960 با کشف و توسعه لیزر آغاز شد. اولین لیزر عملی در سال 1960 توسط دانشمند آمریکایی، تئودور میمن (Theodore Maiman)، در آزمایشگاه‌های شرکت Hughes ساخته شد. این لیزر یاقوتی به‌عنوان یک منبع نور منسجم و با انرژی بالا، انقلابی در حوزه‌های علمی و صنعتی ایجاد کرد. کمی بعد، محققان متوجه شدند که این پرتو لیزری می‌تواند در فرآیند جوشکاری نیز مورد استفاده قرار گیرد.

در اواسط دهه 1960، نخستین آزمایش‌های جوشکاری لیزری بر روی فلزات انجام شد. این آزمایش‌ها نشان داد که لیزر می‌تواند مواد مختلفی را به‌خوبی ذوب و به هم متصل کند. این موضوع باعث شد که جوشکاری لیزری به‌عنوان یک فناوری با پتانسیل بالا در صنایع مختلف مورد توجه قرار گیرد. در ابتدا، به دلیل محدودیت‌های تکنولوژی و هزینه‌های بالا، استفاده از جوشکاری لیزری تنها در آزمایشگاه‌ها و برای کاربردهای تحقیقاتی صورت می‌گرفت.

دهه 1970: آغاز پذیرش صنعتی

در دهه 1970، پیشرفت‌های فناوری لیزر به افزایش توان خروجی و کارایی آن منجر شد. این پیشرفت‌ها باعث شد که جوشکاری لیزری در صنایع نیز جای خود را پیدا کند. اولین کاربردهای صنعتی این فناوری در صنایع الکترونیک و هوافضا بود. در این صنایع، جوشکاری لیزری به دلیل دقت بالا و توانایی در اتصال قطعات کوچک و ظریف، بسیار مورد توجه قرار گرفت.

همچنین، در این دوره اولین دستگاه‌های جوشکاری لیزری صنعتی وارد بازار شدند. این دستگاه‌ها اگرچه هنوز بسیار گران‌قیمت و محدود به کاربردهای خاص بودند، اما نشان دادند که جوشکاری لیزری پتانسیل بالایی برای کاربردهای صنعتی دارد.

دهه 1980: توسعه و کاربرد گسترده‌تر

در دهه 1980، تکنولوژی جوشکاری لیزری به‌طور چشمگیری بهبود یافت. لیزرهای CO₂ و لیزرهای Nd:YAG (نئودیمیم-ایتریوم-آلومینیوم-گارنت) با توان و کارایی بالاتر به بازار آمدند و امکان جوشکاری دقیق‌تر و سریع‌تر را فراهم کردند. این فناوری در صنایع خودروسازی نیز مورد استفاده قرار گرفت و به عنوان یک روش موثر برای جوشکاری قطعات فلزی بدنه خودروها به‌کار گرفته شد.

علاوه بر این، در صنایع پزشکی، جوشکاری لیزری به‌عنوان یک روش مناسب برای تولید و اتصال قطعات کوچک و دقیق ابزارهای پزشکی معرفی شد. این امر باعث شد که جوشکاری لیزری در بسیاری از صنایع به‌عنوان یک روش استاندارد برای اتصال قطعات کوچک و پیچیده شناخته شود.

دهه 1990: پیشرفت‌های فناوری و افزایش کاربردها

در دهه 1990، با پیشرفت‌های بیشتر در تکنولوژی لیزر، از جمله بهبود کنترل پرتو، پایداری بیشتر، و کاهش هزینه‌های تولید، جوشکاری لیزری به‌طور گسترده‌تری در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفت. در این دوره، لیزرهای دیودی به عنوان یک گزینه جدید برای جوشکاری معرفی شدند و توانستند قابلیت‌ها و کاربردهای این فناوری را گسترش دهند.

در صنایع خودروسازی، استفاده از جوشکاری لیزری برای جوشکاری قطعات بدنه و موتور خودروها به‌شدت افزایش یافت. این روش به دلیل کاهش زمان تولید، افزایش دقت و کاهش هزینه‌ها، تبدیل به یک فناوری کلیدی در صنعت خودروسازی شد. در صنایع هوافضا نیز، جوشکاری لیزری به دلیل توانایی در ایجاد اتصالات قوی و سبک، جایگاه ویژه‌ای پیدا کرد.

دهه 2000: بلوغ فناوری و نوآوری‌های جدید

در اوایل دهه 2000، جوشکاری لیزری به یک فناوری بالغ تبدیل شد و در بسیاری از صنایع به‌عنوان یک روش استاندارد مورد استفاده قرار گرفت. نوآوری‌های جدیدی در این دوره رخ داد که باعث افزایش دقت، کیفیت و کارایی این روش شد. تکنیک‌هایی مانند جوشکاری لیزری ترکیبی (Hybrid Laser Welding)، که ترکیبی از جوشکاری لیزری و قوس الکتریکی بود، به وجود آمد و امکان جوشکاری قطعات ضخیم‌تر و با کیفیت بالاتر را فراهم کرد.

همچنین در این دوره، استفاده از لیزرهای فیبری که کارایی و پایداری بالاتری داشتند، رواج یافت. این لیزرها امکان جوشکاری با سرعت و دقت بالاتر را فراهم کردند و به کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری در صنایع مختلف کمک کردند.

دهه 2010 تاکنون: رشد و پذیرش گسترده در صنایع مختلف

از سال 2010 به بعد، جوشکاری لیزری به‌طور گسترده در بسیاری از صنایع از جمله خودروسازی، هوافضا، الکترونیک، تجهیزات پزشکی، و صنایع تولیدی مورد استفاده قرار گرفته است. تکنولوژی‌های جدید مانند لیزرهای پالس فوق‌کوتاه، توانسته‌اند جوشکاری لیزری را به سطح جدیدی از دقت و کارایی برسانند.

استفاده از سیستم‌های اتوماسیون و ربات‌های صنعتی در فرآیند جوشکاری لیزری نیز به رشد این فناوری کمک کرده است. این امر باعث شده که جوشکاری لیزری به‌عنوان یک روش اقتصادی و کارآمد برای تولید قطعات با دقت بالا و در حجم بالا مورد استفاده قرار گیرد. در صنایع پزشکی، جوشکاری لیزری برای ساخت و اتصال ابزارها و قطعات حساس و دقیق، از جمله ایمپلنت‌ها و ابزارهای جراحی، به کار می‌رود.

آینده جوشکاری لیزری

پیشرفت‌های فعلی در زمینه هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، پیش‌بینی می‌شود که جوشکاری لیزری در آینده حتی دقیق‌تر و هوشمندتر شود. به عنوان مثال، استفاده از سیستم‌های حسگر و کنترل هوشمند برای نظارت بر فرآیند جوشکاری و انجام اصلاحات در زمان واقعی، یکی از حوزه‌های تحقیقاتی در حال توسعه است.

در مجموع، تاریخچه و تکامل جوشکاری لیزری نشان‌دهنده رشد مداوم و پذیرش گسترده این فناوری در صنایع مختلف است. از آغاز پیدایش آن در دهه 1960 تا به امروز، جوشکاری لیزری از یک فناوری تحقیقاتی به یک روش کلیدی و استاندارد در بسیاری از صنایع تبدیل شده است و با توجه به پیشرفت‌های فناوری، آینده‌ای روشن در پیش دارد.

فرآیند جوشکاری لیزری در عمل

فرآیند جوشکاری لیزری در دهه 1960 میلادی، هم‌زمان با ابداع لیزر، معرفی شد. محققان آزمایشگاه‌های Bell Telephone اولین افرادی بودند که این فناوری را آزمایش کردند. آن‌ها از یک لیزر یاقوتی با پالس‌های کوتاه و پرانرژی استفاده کردند که دقیقاً در نقطه اتصال فلزات متمرکز می‌شد. نتیجه مورد نظر حاصل شد: فلزات ذوب شده و سپس به هم متصل شدند. حتی در این آزمایش‌های اولیه، جوش‌ها بسیار باریک و دقیق با حداقل مناطق تحت تأثیر حرارت و تغییر شکل ایجاد شدند. این فرآیند همچنین توانایی اتصال مواد مختلف را نیز نشان داد.

مراحل دقیق جوشکاری لیزری

جوشکاری لیزری یک فرآیند چندمرحله‌ای است که به دقت و مهارت بالایی نیاز دارد. این مراحل شامل:

1. آماده‌سازی قطعه‌کار:
   در ابتدا، سطح قطعات مورد نظر باید کاملاً تمیز و آماده شود. حذف هرگونه چربی، زنگ‌زدگی، یا آلودگی از سطح فلز ضروری است، زیرا این مواد می‌توانند کیفیت جوش را کاهش دهند.
2. قرار دادن قطعات:
   قطعاتی که باید به هم جوش داده شوند، به دقت در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. استفاده از گیره‌ها و نگهدارنده‌های دقیق کمک می‌کند تا قطعات در طی فرآیند جوشکاری جابه‌جا نشوند.
3. تنظیم پرتو لیزر:
   دستگاه لیزر تنظیم می‌شود تا پرتو بر روی ناحیه جوش متمرکز شود. در این مرحله، پارامترهایی مانند توان لیزر، قطر پرتو، و فاصله کانونی تنظیم می‌شوند. این تنظیمات به دقت و برای تطبیق با نوع مواد و ضخامت قطعه‌کار انجام می‌شود.
4. شروع فرآیند جوشکاری:
   پرتو لیزر بر روی محل جوشکاری متمرکز می‌شود و با حرکت آهسته در امتداد خط جوش، فلز را ذوب کرده و حوضچه‌ای از فلز مذاب ایجاد می‌کند. این حوضچه به سرعت در تماس با هوای اطراف خنک می‌شود و قطعات را به یکدیگر می‌چسباند.
5. افزودن فیلر (در صورت نیاز):
   در برخی موارد، برای بهبود استحکام اتصال، از میله یا سیم فیلر استفاده می‌شود که درون حوضچه مذاب قرار می‌گیرد. این مرحله به ویژه در جوشکاری قطعات ضخیم یا اتصالات پیچیده مفید است.
6. خنک‌سازی:
   پس از اتمام جوشکاری، قطعه‌کار باید به طور کامل خنک شود. این خنک‌سازی می‌تواند به صورت طبیعی یا با استفاده از تجهیزات مخصوص صورت گیرد.
7. بازرسی و کنترل کیفیت:
   در پایان، کیفیت جوش بررسی می‌شود. ممکن است از روش‌های غیرمخرب مانند تست‌های التراسونیک، رادیوگرافی، یا تست نفوذ مایعات برای اطمینان از کیفیت جوش استفاده شود.

ابزارها و تکنیک‌های مورد استفاده

• دستگاه‌های لیزر: بسته به کاربرد و نیاز، از دستگاه‌های مختلف لیزر مانند لیزر فیبری، CO2 یا Nd:YAG استفاده می‌شود. هر نوع لیزر مزایا و معایب خود را دارد و برای مواد و ضخامت‌های مختلف مناسب است.
• سیستم‌های نگهداری و موقعیت‌یابی: استفاده از گیره‌ها و تجهیزات دقیق برای تثبیت قطعات، دقت و کیفیت جوشکاری را افزایش می‌دهد.
• سیستم‌های خنک‌کننده: برای کنترل دمای فرآیند و جلوگیری از آسیب به تجهیزات یا قطعه‌کار، سیستم‌های خنک‌کننده مانند آب یا گازهای خنک‌کننده استفاده می‌شوند.

عوامل مؤثر بر کیفیت جوشکاری لیزری

1. توان لیزر:
   توان لیزر نقش مهمی در فرآیند جوشکاری دارد. اگر توان لیزر خیلی کم باشد، جوش به درستی انجام نخواهد شد و اگر بیش از حد باشد، ممکن است قطعه‌کار دچار سوختگی یا تغییر شکل شود.
2. فاصله کانونی:
   تنظیم دقیق فاصله کانونی پرتو لیزر بسیار حیاتی است. فاصله کانونی مناسب باعث متمرکز شدن پرتو لیزر بر روی ناحیه جوش و ایجاد یک حوضچه ذوب دقیق و قوی می‌شود.
3. سرعت حرکت پرتو:
   سرعت حرکت پرتو لیزر بر کیفیت و ظاهر جوش تأثیر می‌گذارد. اگر سرعت حرکت زیاد باشد، ممکن است جوش به درستی انجام نشود، و اگر سرعت حرکت خیلی کم باشد، احتمال سوختگی یا ذوب بیش از حد قطعه وجود دارد.
4. نوع گاز محافظ:
   در بسیاری از فرآیندهای جوشکاری لیزری، از گازهای محافظ مانند آرگون، هلیوم، یا نیتروژن برای جلوگیری از اکسیداسیون و بهبود کیفیت جوش استفاده می‌شود. انتخاب گاز مناسب و جریان آن نیز در کیفیت نهایی تأثیر دارد.
5. ویژگی‌های ماده جوشکاری:
   خواص مواد مورد جوشکاری مانند هدایت حرارتی، نقطه ذوب، و بازتاب نور لیزر، همگی در کیفیت جوش تأثیرگذار هستند. به عنوان مثال، موادی با هدایت حرارتی بالا نیاز به تنظیم توان بیشتری دارند.
6. زاویه برخورد پرتو:
   زاویه برخورد پرتو لیزر نیز بر کیفیت جوش تأثیر دارد. زاویه‌ای که پرتو به سطح قطعه برخورد می‌کند، باید به گونه‌ای باشد که حداکثر انرژی به منطقه جوش منتقل شود.

با توجه به این جزئیات، می‌توان نتیجه گرفت که جوشکاری لیزری یک فرآیند دقیق و حساس است که با کنترل مناسب پارامترها و استفاده از تجهیزات دقیق، می‌توان به جوش‌های با کیفیت و بادوام دست یافت.

کاربردها و مواد قابل استفاده

کاربردها

جوشکاری لیزری به عنوان یک روش مدرن و پیشرفته، در صنایع و زمینه‌های مختلف کاربرد دارد. برخی از کاربردهای عمده این روش عبارتند از:

1. صنعت خودروسازی:
   جوشکاری لیزری به طور گسترده‌ای در تولید و مونتاژ خودروها استفاده می‌شود. این روش امکان اتصال قطعات نازک و حساس را بدون ایجاد حرارت بیش از حد و تغییر شکل قطعه فراهم می‌کند. همچنین، جوشکاری لیزری در تولید قطعات دقیق مانند بدنه، شاسی، و اجزای داخلی خودرو به کار می‌رود.
2. صنعت الکترونیک:
   در تولید تجهیزات الکترونیکی، جوشکاری لیزری به دلیل دقت بالا و سرعت انجام کار، برای اتصال قطعات مختلف مانند بردهای مدار چاپی و اجزای داخلی دستگاه‌ها استفاده می‌شود. این روش به ویژه در تولید دستگاه‌های کوچک و میکرو الکترونیک مؤثر است.
3. صنعت پزشکی:
   در ساخت و مونتاژ تجهیزات پزشکی و جراحی، جوشکاری لیزری به دلیل امکان اتصال قطعات با دقت بالا و بدون آسیب به مواد حساس پزشکی، کاربرد زیادی دارد. این روش در تولید ابزارهای جراحی، ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های پزشکی پیچیده استفاده می‌شود.
4. صنعت هوافضا:
   در صنایع فضایی و هوایی، جوشکاری لیزری به دلیل مقاومت و استحکام بالای جوش‌ها، برای اتصال قطعات آلومینیومی و تیتانیومی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این جوش‌ها معمولاً در بخش‌های حساس و کلیدی ساختار هواپیماها و فضاپیماها به کار می‌روند.
5. صنعت ماشین‌سازی:
   جوشکاری لیزری به دلیل دقت بالا و توانایی جوش دادن قطعات ضخیم و نازک، در صنایع ماشین‌سازی و تولید ماشین‌آلات صنعتی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش می‌تواند به عنوان یک راهکار مناسب برای اتصال قطعات با شکل‌های پیچیده و هندسه‌های خاص باشد.
6. صنعت ساختمان و سازه:
   جوشکاری لیزری به عنوان یک روش مدرن برای اتصال قطعات فولادی و دیگر مواد ساختمانی در ساخت و ساز استفاده می‌شود. این روش می‌تواند به افزایش سرعت و دقت در اجرای پروژه‌های ساختمانی کمک کند.

مواد قابل استفاده

جوشکاری لیزری روی طیف وسیعی از مواد قابل استفاده است که به شرح زیر است:

1.فلزات:

• آلومینیوم: به دلیل سبک بودن و مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع مختلف از جمله خودروسازی و هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرد. جوشکاری لیزری به راحتی می‌تواند آلومینیوم را بدون تغییر شکل و آسیب حرارتی جوش دهد.
• مس و برنج: این فلزات به دلیل ویژگی‌های هدایت الکتریکی و حرارتی بالا در صنایع الکترونیک و تجهیزات صنعتی کاربرد دارند. جوشکاری لیزری می‌تواند اتصالات دقیقی را برای این فلزات ایجاد کند.
• فولاد: فولاد به عنوان یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع مختلف، با جوشکاری لیزری به راحتی جوش داده می‌شود. این روش به ویژه برای فولادهای ضد زنگ و کربنی کاربرد دارد.
• تیتانیوم و نیکل: این فلزات به دلیل ویژگی‌های خاص خود، مانند مقاومت در برابر خوردگی و دماهای بالا، در صنایع هوافضا و پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. جوشکاری لیزری به دلیل دقت و استحکام بالای جوش، گزینه‌ای مناسب برای این مواد است.

2.پلاستیک‌ها:

• پلی‌کربنات، نایلون و ABS: این پلاستیک‌ها به دلیل ویژگی‌های سبکی و انعطاف‌پذیری در صنایع مختلف از جمله تولید قطعات خودرو، الکترونیک و محصولات مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. جوشکاری لیزری می‌تواند اتصالات قوی و مقاومی برای این مواد ایجاد کند.

3.سرامیک‌ها:

• آلومینا و زیرکونیا: این سرامیک‌ها به دلیل مقاومت بالای خود در برابر دما و خوردگی در صنایع پزشکی و الکترونیک کاربرد دارند. جوشکاری لیزری می‌تواند به شکل مؤثری این سرامیک‌ها را جوش دهد.

4.کامپوزیت‌ها:

• پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف کربن: این مواد به دلیل استحکام و سبکی در صنایع پیشرفته، مانند صنایع خودروسازی و هوافضا، مورد استفاده قرار می‌گیرند. جوشکاری لیزری در جوش دادن این مواد به دیگر فلزات و مواد، به عنوان یک روش نوین و موثر شناخته می‌شود.

5.ترکیب مواد:
جوشکاری لیزری این قابلیت را دارد که مواد با ضخامت‌ها و خواص مختلف را به یکدیگر جوش دهد. این ویژگی در بسیاری از روش‌های جوشکاری دیگر ممکن نیست و به همین دلیل جوشکاری لیزری در تولید قطعات پیچیده و چندجنسی کاربرد گسترده‌ای دارد.

در مجموع، جوشکاری لیزری به دلیل دقت بالا، سرعت و توانایی کار با طیف وسیعی از مواد، به یکی از گزینه‌های اصلی در صنعت جوشکاری تبدیل شده است.

محدودیت‌ها و چالش‌ها

جوشکاری لیزری نیز معایب خاص خود را دارد. این تکنیک، با وجود مزایای زیادی که دارد، با چالش‌ها و محدودیت‌هایی نیز همراه است:

1.هزینه تجهیزات:

• تجهیزات جوشکاری لیزری نسبتاً گران‌قیمت هستند و هزینه خرید آن‌ها نسبت به دستگاه‌های جوشکاری الکتریکی یا حرارتی سنتی بیشتر است. این موضوع می‌تواند برای کسب‌وکارهای کوچک و متوسط یک مانع باشد.

2.نگهداری و تعمیرات:

• برخی از ماشین‌های جوشکاری لیزری نیاز به نگهداری و تعمیرات زیادی دارند که این موضوع می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد. فرسایش تجهیزات و لزوم کالیبراسیون مداوم نیز ممکن است زمان و هزینه زیادی را صرف کند.

3.محدودیت مواد:

• با اینکه این روش بر روی طیف وسیعی از مواد مؤثر است، اما بسیاری از پلاستیک‌ها و سرامیک‌ها به دلایل حرارتی و شیمیایی قابل جوشکاری نیستند. این موضوع ممکن است در صنایع خاصی که به این مواد نیاز دارند، یک محدودیت جدی باشد.

4.خطرات ایمنی:

• اگر به درستی از تجهیزات و تجهیزات ایمنی استفاده نشود، جوشکاری لیزری می‌تواند خطرناک باشد. خطراتی مانند سوختگی، آسیب به چشم و آسیب‌های ناشی از بخارات و گازهای سمی می‌تواند وجود داشته باشد. بنابراین، آموزش صحیح و رعایت نکات ایمنی برای کارگران ضروری است.

5.نیاز به مهارت‌های خاص:

• اپراتورهای جوشکاری لیزری باید دارای مهارت‌ها و دانش فنی خاصی باشند. این نیاز به آموزش و زمان می‌تواند برای برخی از صنایع چالش‌برانگیز باشد.

6.محدودیت در جوشکاری مواد ضخیم:

• جوشکاری لیزری معمولاً برای جوشکاری مواد نازک مؤثرتر است و ممکن است در جوشکاری مواد ضخیم‌تر با چالش‌هایی مواجه شود، به‌خصوص در زمینه توزیع حرارت و ایجاد اتصال مناسب.

انواع جوشکاری لیزری

روش‌های مختلفی برای جوشکاری لیزری وجود دارد که به شرح زیر هستند:

1.جوشکاری رسانشی (Conduction Welding):

• این روش مواد را با استفاده از عمل مویرگی (بدون فلز پرکننده) به هم جوش می‌دهد و دارای توان پایین است. جوشکاری رسانشی معمولاً برای فلزات نازک و لبه‌های قطعه‌کار مناسب است و برای ایجاد جوش‌های سطحی و با کیفیت بسیار بالا استفاده می‌شود. این تکنیک در صنایع خودروسازی و الکترونیک به‌ویژه برای قطعات حساس کاربرد دارد.

2.جوشکاری نفوذ عمیق (Deep Penetration Welding):

• این روش برای جوشکاری قطعات ضخیم مناسب است و از توان لیزر بالا برای گرم کردن قسمت‌های عمیق و پهن مواد استفاده می‌کند. جوشکاری نفوذ عمیق قابلیت جوش دادن قطعاتی با ضخامت‌های بالا را دارد و به دلیل نفوذ بالا، اتصالاتی قوی و پایدار ایجاد می‌کند. این تکنیک معمولاً در صنایع سنگین، مانند ساخت سازه‌های فلزی و ماشین‌آلات استفاده می‌شود.

3.جوشکاری نقطه‌ای لیزری (Laser Spot Welding):

• بهترین روش برای قطعات کوچک و پیچیده است و جوش‌های کوچکی ایجاد می‌کند. این روش به ویژه برای اتصال قطعات نازک و در پروژه‌های دقیق، مانند الکترونیک و پزشکی، بسیار مؤثر است. جوشکاری نقطه‌ای امکان جوشکاری در نقاط خاص و دسترسی به نواحی سخت را فراهم می‌کند.

4.جوشکاری درز لیزری (Laser Seam Welding):

• این روش برای ایجاد درزهای طولانی و پیوسته استفاده می‌شود و معمولاً از میله پرکننده برای ایجاد اتصال استفاده می‌کند. جوشکاری درز لیزری به ویژه در صنایع خودروسازی برای اتصالات درزهای بدنه خودروها و در صنایع بسته‌بندی کاربرد دارد.

5.جوشکاری ترکیبی لیزری (Laser Hybrid Welding):

• این روش، لیزر را با دیگر فرآیندهای جوشکاری مانند MIG (Metal Inert Gas) و TIG (Tungsten Inert Gas) ترکیب می‌کند. این ترکیب به افزایش کیفیت جوش و بهبود نفوذ کمک می‌کند و در نتیجه می‌تواند برای جوشکاری مواد ضخیم و نازک به‌طور همزمان کاربرد داشته باشد. جوشکاری ترکیبی در صنایع مختلف، از جمله صنایع دریایی و هوافضا، به دلیل مزایای ترکیبی آن مورد توجه قرار گرفته است.

انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری لیزری

انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری لیزری عبارتند از:

1.لیزر CO2:

• توضیحات: این نوع لیزر یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین لیزرها در صنعت جوشکاری است. لیزر CO2 با تولید پرتوهای مادون قرمز قوی، قادر به جوشکاری بر روی اکثر مواد، از جمله فلزات، چوب، پلاستیک و حتی برخی از مواد سرامیکی است.
• مزایا: قدرت بالا، قابلیت جوشکاری مواد متنوع و هزینه نسبتاً پایین.
• معایب: نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده و عدم کارایی مناسب در جوشکاری فلزات نازک.

کاربردهای صنعتی:

• صنعت خودرو: جوشکاری قطعات بدنه و اجزای داخلی خودروها به دلیل توانایی جوشکاری مواد نازک و ضخیم.
• صنعت چوب: استفاده برای برش و حکاکی چوب و محصولات چوبی.
• صنعت بسته‌بندی: جوشکاری بسته‌بندی‌های پلاستیکی و تولید فیلم‌های پلی‌اتیلنی.
• صنعت نساجی: استفاده برای حکاکی و برش الگوهای پارچه.

2.لیزر Nd:YAG (نئودیمیم: یتریم آلومینیوم گارنت):

• توضیحات: این لیزر نور مادون قرمز قوی تولید می‌کند و به طور ویژه برای جوشکاری فولاد، آلومینیوم و تیتانیوم مناسب است. لیزر Nd:YAG به دلیل قابلیت تمرکز بالا، امکان جوشکاری در نواحی کوچک و پیچیده را فراهم می‌کند.
• مزایا: دقت بالا، قابلیت جوشکاری در ضخامت‌های مختلف و عدم نیاز به گاز محافظ.
• معایب: هزینه بالای تجهیزات و نیاز به تنظیمات دقیق.

کاربردهای صنعتی:

• صنعت هوافضا: جوشکاری و تعمیرات قطعات پیچیده و حساس در صنایع هوافضا، مانند پره‌های توربین.
• صنعت پزشکی: استفاده در تولید ابزار جراحی و جوشکاری بافت‌ها در روش‌های جراحی کم‌تهاجمی.
• صنعت الکترونیک: جوشکاری دقیق قطعات الکترونیکی مانند مدارهای چاپی.
• صنعت خودروسازی: استفاده برای جوشکاری قطعات ساختاری و داخلی.

3.لیزر فیبری:

• توضیحات: لیزرهای فیبری به دلیل ساختار خاص فیبر نوری خود، بسیار کارآمد و مناسب برای سیستم‌های رباتیک و اتوماتیک هستند. این نوع لیزر به دلیل طراحی فشرده، امکان جوشکاری در فواصل دور را فراهم می‌آورد.
• مزایا: کارایی بالا، کاهش هزینه‌های انرژی و امکان جوشکاری دقیق.
• معایب: هزینه اولیه بالای سیستم و نیاز به نگهداری مناسب.

کاربردهای صنعتی:

• صنعت رباتیک: به دلیل کارایی بالا و قابلیت اتوماسیون، در جوشکاری قطعات ربات‌ها و سیستم‌های اتوماتیک.
• صنعت نفت و گاز: جوشکاری لوله‌ها و تجهیزات بزرگ با ضخامت‌های بالا در پروژه‌های نفت و گاز.
• صنعت تولید تجهیزات پزشکی: جوشکاری دقیق و تمیز در تولید ابزار و تجهیزات پزشکی.
• صنعت خودروسازی: جوشکاری لبه‌های قطعه کارهای نازک و پیچیده.

4.لیزر دیسکی:

• توضیحات: لیزرهای دیسکی نوع جدید و قدرتمند از لیزرها هستند که کیفیت پرتو عالی و توان بالا دارند. این لیزرها به دلیل توانایی تولید انرژی بیشتر و کنترل بهتر حرارت، به طور خاص برای جوشکاری ضخامت‌های بالا مناسب‌اند.
• مزایا: قدرت بالا، کیفیت پرتو عالی و کاهش اثر حرارتی بر روی مواد.
• معایب: هزینه بالا و نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته.

کاربردهای صنعتی:

• صنعت ساخت و ساز: جوشکاری سازه‌های فولادی بزرگ و ضخیم، مانند پل‌ها و ساختمان‌ها.
• صنعت کشتی‌سازی: استفاده برای جوشکاری بدنه کشتی‌ها و تجهیزات دریایی.
• صنعت فضایی: جوشکاری و تولید قطعات ساختاری برای فضاپیماها و ماهواره‌ها.
• صنعت انرژی: جوشکاری تجهیزات تولید انرژی، مانند توربین‌های بادی و بخار.

مراحل اولیه جوشکاری لیزری

مراحل اولیه جوشکاری لیزری شامل مراحل کلیدی زیر است که به دقت و کیفیت جوش کمک می‌کند:

1.تمیز کردن و موقعیت‌دهی دقیق قطعات: قبل از شروع فرآیند جوشکاری، قطعات باید به طور کامل تمیز شوند تا هرگونه آلودگی یا زنگ‌زدگی از بین برود. این کار باعث بهبود کیفیت جوش و کاهش عیوب می‌شود. همچنین، موقعیت‌دهی دقیق قطعات اهمیت زیادی دارد تا اطمینان حاصل شود که جوش در محل مناسب انجام می‌شود.

2.استفاده از گیره‌ها برای ثابت نگه داشتن قطعات: برای جلوگیری از حرکت قطعات در حین جوشکاری، از گیره‌ها و ابزارهای نگهدارنده استفاده می‌شود. این مرحله به افزایش دقت جوش و جلوگیری از اشتباهات کمک می‌کند.

3.تنظیم نقطه کانونی پرتو: تنظیم صحیح نقطه کانونی لیزر باعث می‌شود که پرتو به درستی روی سطح قطعه کار متمرکز شود. این کار تأثیر زیادی بر کیفیت جوش و نفوذ آن دارد.

4.تنظیم توان پرتو و آزمایش روی مواد اضافی: توان لیزر باید به طور دقیق تنظیم شود. انجام آزمایش روی مواد اضافی قبل از شروع جوشکاری واقعی به اپراتور اجازه می‌دهد تا بهترین تنظیمات را برای شرایط خاص تعیین کند.

5.حرکت دادن پرتو در طول نقطه جوش: حرکت پرتو لیزر در طول محل جوش به طور دقیق و با سرعت مناسب باید انجام شود تا جوش یکنواخت و با کیفیت تولید شود.

6.خنک کردن طبیعی یا با استفاده از آب: پس از جوشکاری، قطعات باید به درستی خنک شوند. این کار می‌تواند به طور طبیعی یا با استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده مانند آب انجام شود تا از تغییر شکل و تنش در مواد جلوگیری شود.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

در این پست در مورد جوشکاری لیزری به طور کامل بحث شد.این روش جوشکاری پیشرفته همچنان به دلیل دقت، کارآمدی و قابلیت اجرای خود در صنایع مختلف، به عنوان یکی از فناوری‌های محبوب و کارآمد در زمینه جوشکاری شناخته می‌شود.این پست برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/sheet/laser-welding

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.