جوشکاری با لیزر
لیزر ابزاری است که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کنند. این دستگاه از ماده‌ای جمع کننده یا فعال کنده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرزی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند.
لیزر این نور شگفت از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر، آن را از نورهای ایجاد شده از دیگر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر، به خواص ویژه آن پی برده شد. و ما بطور گزینشی به این خواص از ماهیت فرآیند لیزر می‌پردازیم که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده در علوم گوناگون به ویژه صنعت ایجاد کرده‌است. پیشرفت دانش بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نیست.
جوشكاری و برشكاری با استفاده از اشعه لیزر از روشهای نوین جوشكاری بوده كه در دههای اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر كیفیت ، سرعت و قابلیت كنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می شود .به وسیله متمركز كردن اشعه لیزر روی فلز یك حوضچه مذاب تشكیل شده و عملیات جوشكاری انجام می شود .
اصول كار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشكاری
به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشكاری و برشكاری استفاده می شود : لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO2 .
در زیر اصول كار لیزر Ruby كه از آن بیشتر در جوشكاری استفاده می شود توضیح داده می شود . این سیستم لیزر از یك كریستال استوانه ای شكل Ruby ) Ruby یك نوع اكسید آلومینیوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند. ) تشكیل شده است . دو سر آن كاملا صیقلی و آینه ای شده و در یك سر آن یك سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این كریستال لامپی قرار دارد كه لامپ فوق برای كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانیه طراحی شده است . لامپ گزنون با استفاده از یك خازن كه حدود 1000 بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می زند و هنگامی كه كریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبكه كریستالی تحریك شده و در اثر این تحریك امواج نور از خود ساطع می كنند و با باز تابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شكل می گیرد .
در جوشكاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میكروثانیه انجام می گیرد و به خاطر كوتاه بودن این زمان هیچ واكنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد
اشعه لیزر شكل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یك عدسی بر روی قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح كوچكی آزاد می كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می شود .
محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیكه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر های گاز مانند لیزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO2 بیشتر به منظور برش استفاده می شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشكاری آلومینیوم استفاده میشود .
از آنجا كه در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می شود این سیستم باید به یك سیستم خنك كننده مجهز باشد .
در جوشكاری لیزر دو روش عمده برای جوشكاری وجود دارد : یكی حركت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا كه یك جوش پیوسته شكل بگیرد و دیگری كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه است .
در جوشكاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میكروثانیه انجام می گیرد و به خاطر كوتاه بودن این زمان هیچ واكنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .
مزایای جوشكاری لیزر
- حوضچه مذاب می تواند داخل یك محیط شفاف ایجاد شود ( باعكس روشهای معمولی كه همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود ) .
- محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و ... را میتوان به یكدیگر جوش داد .
- در این روش میتوان مكان های غیر قابل دسترسی را جوشكاری نمود .
- از آنجا كه هیچ الكترودی برای این منظور استفاده نمی شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشكاری نیست .
- اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملكرد ندارد .
- به خاطر تمركز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریكی در جوش تشكیل میشود .
- جوشكاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشكاری تمیز تر است .
محدودیت ها و معایب جوشكاری لیزر
سیستم های جوشكاری لیزر نسبت به سایر دستگاه‌های سنتی جوشكاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اكثر آنها از سرعت پیشروی كمی برخوردارند ( 25 تا 250 میلیمتر در دقیقه ) . همچنین این نوع جوشكاری دررای محدودیت عمق نیز می باشد .
موارد استفاده اشعه لیزر
از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاری استفاده می شود . این نوع جوشكاری در اتصال قطعات بسیار كوچك الكترونیكی و در سایر میكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر آلیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده نمود . به طور كلی این روش جوشكاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژآن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.
فرآوری: مجدآبادی
بخش دانش و زندگی تبیان
منابع: دپارتمان مهندسی مکانیک -ویکیپدیا
