جوشکاری لیزری پالسی: تکنولوژی، مزایا و کاربردها

جوشکاری لیزری پالسی، دقت و کنترل در اتصال ظریف ترین قطعات

جوشکاری لیزری پالسی (Pulsed Laser Welding) یک روش پیشرفته جوشکاری است که در آن از پالس های کوتاه و پرانرژی لیزر برای ذوب و اتصال فلزات استفاده می شود. این روش، به دلیل کنترل دقیق بر روی حرارت ورودی، اعوجاج کم، کیفیت بالای جوش و قابلیت اتصال مواد حساس، در صنایع مختلفی که نیاز به ظرافت و دقت دارند، کاربرد فراوانی پیدا کرده است. در این مقاله، به بررسی جامع جوشکاری لیزری پالسی، مزایا و معایب، کاربردها، پارامترهای کلیدی و تفاوت های آن با جوشکاری لیزری پیوسته می پردازیم.

جوشکاری لیزری پالسی چیست و چه تفاوتی با جوشکاری پیوسته دارد؟

در جوشکاری لیزری پالسی، انرژی لیزر به صورت پالس های کوتاه و منقطع (با توان بالا و مدت زمان کوتاه) به قطعه کار تابانده می شود. در مقابل، در جوشکاری لیزری پیوسته (Continuous Wave – CW)، پرتو لیزر به طور مداوم تابانده می شود.

این تفاوت در نحوه انتقال انرژی، تاثیر زیادی بر فرآیند جوشکاری و ویژگی های جوش حاصل دارد:

• کنترل حرارت: در جوشکاری پالسی، به دلیل کوتاه بودن زمان تابش هر پالس، حرارت ورودی به قطعه کار بهتر کنترل می شود و از گرم شدن بیش از حد و ایجاد اعوجاج و تنش های پسماند جلوگیری می شود.
• منطقه متاثر از حرارت (HAZ): ناحیه HAZ در جوشکاری پالسی به مراتب کوچک تر از جوشکاری پیوسته است.
• نفوذ: جوشکاری پالسی می تواند برای ایجاد جوش های با نفوذ کم و ظریف مناسب باشد.
• کاربرد: جوشکاری پالسی برای مواد حساس به حرارت، قطعات ظریف و پیچیده، و فلزات غیر همجنس مناسب تر است.

نحوه عملکرد دستگاه جوش لیزری پالسی: کنترل دقیق انرژی

دستگاه جوش لیزری پالسی با تولید پالس های کوتاه و پرانرژی لیزر، مقدار حرارت ورودی به قطعه کار را به دقت کنترل می کند. هر پالس لیزر باعث ذوب شدن یک نقطه بسیار کوچک از ماده می شود و با حرکت دادن هد لیزر و ایجاد پالس های متوالی، جوشکاری انجام می شود.

اجزای اصلی دستگاه جوش لیزری پالسی عبارتند از:

• منبع لیزر: معمولاً لیزرهای فایبر پالسی یا Nd:YAG پالسی.
• سیستم انتقال پرتو: فیبر نوری (برای لیزرهای فایبر) یا آینه ها (برای لیزرهای Nd:YAG).
• هد جوشکاری: شامل لنز متمرکز کننده، نازل و سیستم گاز محافظ.
• سیستم کنترل: برای تنظیم پارامترهای پالس (توان، فرکانس، مدت زمان) و کنترل حرکت هد.
• سیستم خنک کننده: برای خنک نگه داشتن منبع لیزر و سایر قطعات.

بیشتر بخوانید: نوآوری‌های جدید در دستگاه‌های جوش لیزری

مزایای جوشکاری لیزری پالسی: ظرافت، کنترل و کیفیت

• کنترل دقیق حرارت ورودی: پالس های کوتاه لیزر باعث می شوند تا حرارت کمتری به قطعه کار وارد شود و در نتیجه، اعوجاج، تنش های پسماند و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) کاهش یابد.
• کاهش اعوجاج و تنش های پسماند: به دلیل HAZ کوچک، اعوجاج و تنش های پسماند در قطعه کار به حداقل می رسد.
• جوشکاری مواد حساس به حرارت: این روش برای جوشکاری موادی که به حرارت زیاد حساس هستند و ممکن است در اثر حرارت دچار تغییر شکل یا تغییر خواص شوند، بسیار مناسب است.
• جوشکاری قطعات ظریف و پیچیده: به دلیل تمرکز بالای پرتو لیزر و کنترل دقیق بر روی آن، می توان جوش های بسیار ظریف و پیچیده ای را ایجاد کرد.
• جوشکاری مواد غیر همجنس: جوشکاری لیزری پالسی می تواند برای اتصال فلزات غیر همجنس که جوشکاری آن ها با روش های سنتی دشوار است، مورد استفاده قرار گیرد.
• کیفیت بالای جوش: جوش های ایجاد شده با این روش معمولاً دارای استحکام بالا، تخلخل کم و ظاهر بسیار تمیز هستند.
• قابلیت اتوماسیون: فرآیند جوشکاری لیزری پالسی به راحتی می تواند خودکار شود.

معایب و محدودیت های جوشکاری لیزری پالسی

• هزینه اولیه بالا: دستگاه های جوش لیزری پالسی معمولاً گران قیمت هستند.
• نیاز به تجهیزات و اپراتور ماهر: راه اندازی و کار با دستگاه جوش لیزری پالسی نیاز به تجهیزات جانبی و اپراتور ماهر و آموزش دیده دارد.
• محدودیت در ضخامت جوشکاری: در برخی موارد، ممکن است برای جوشکاری ورق های فلزی بسیار ضخیم مناسب نباشد.

کاربردهای جوشکاری لیزری پالسی: از میکروالکترونیک تا هوافضا

جوشکاری لیزری پالسی در صنایع مختلفی کاربرد دارد، از جمله:

• صنعت الکترونیک: جوشکاری قطعات ریز و حساس الکترونیکی، اتصال سیم های ظریف، ساخت باتری ها، اتصال قطعات میکروالکترونیک.
• صنعت پزشکی: جوشکاری ایمپلنت های پزشکی، ابزارهای جراحی، ساخت تجهیزات پزشکی با دقت بالا.
• صنعت جواهرسازی: جوشکاری طلا، نقره و سایر فلزات گرانبها، تعمیر جواهرات، ایجاد اتصالات ظریف.
• صنعت هوافضا: جوشکاری قطعات حساس و دقیق هواپیما، موتورهای جت و …
• صنعت خودروسازی: جوشکاری قطعات ظریف و با دقت بالا، مانند قطعات الکترونیکی داخل خودرو.
• ساخت قالب و ابزار
• ساخت سنسورها

پارامترهای کلیدی در جوشکاری لیزری پالسی: تنظیم برای بهترین نتیجه

کیفیت جوش لیزری پالسی به پارامترهای مختلفی بستگی دارد که باید به دقت تنظیم شوند:

• توان پیک پالس (Peak Power): حداکثر توان لیزر در هر پالس.
• انرژی پالس (Pulse Energy): مقدار انرژی موجود در هر پالس لیزر.
• مدت زمان پالس (Pulse Duration): مدت زمانی که هر پالس لیزر طول می کشد (معمولاً بر حسب میلی ثانیه یا میکروثانیه).
• فرکانس تکرار پالس (Pulse Repetition Rate): تعداد پالس های لیزر در هر ثانیه (معمولاً بر حسب هرتز).
• سرعت جوشکاری: سرعت حرکت هد لیزر بر روی قطعه کار.
• فاصله کانونی: فاصله بین لنز و قطعه کار.
• نوع و فشار گاز محافظ: گازی که برای محافظت از حوضچه مذاب و جلوگیری از اکسید شدن استفاده می شود.

انواع دستگاه های جوش لیزری پالسی دستگاه های جوش لیزری پالسی موجود در بازار معمولا از نوع لیزر فایبر هستند.

در نظر داشته باشید برای خرید دستگاه جوش لیزری صنعتی خود، ما شرکت کارا ولدینگ پایا را که اولین شرکت تخصصی در زمینه ارائه و فروش انواع دستگاه های جوش لیزری صنعتی می باشد را به شما پیشنهاد میکنیم و شما کاربران محترم میتوانید برای مشاوره در خصوص این دستگاه ها از طریق «تماس با ما» این شرکت، سوالات خود را مطرح نموده و اطلاعات جامع و کامل خود را دریافت کنید.

مقایسه جوشکاری لیزری پالسی و پیوسته (CW): کدام یک مناسب تر است؟

ویژگی	جوشکاری لیزری پالسی	جوشکاری لیزری پیوسته
نحوه تابش لیزر	پالس های کوتاه و منقطع با توان بالا	تابش مداوم لیزر
کنترل حرارت	کنترل دقیق تر بر روی حرارت ورودی، HAZ کوچک تر	حرارت ورودی بیشتر، HAZ بزرگ تر
اعوجاج	کمتر	بیشتر
کاربردها	مواد حساس به حرارت، قطعات ظریف، جوشکاری فلزات غیر همجنس، جوشکاری با نفوذ کم	جوشکاری سریع ورق های فلزی ضخیم تر، کاربردهایی که نیاز به نفوذ عمیق دارند
سرعت	ممکن است در برخی موارد کمتر از جوشکاری پیوسته باشد (بسته به فرکانس پالس و توان)	معمولاً سریع تر برای جوشکاری های عمیق
کیفیت جوش	معمولاً بالاتر (به دلیل کنترل بهتر حرارت و HAZ کوچک تر)	خوب، اما ممکن است در برخی موارد به اندازه جوشکاری پالسی ظریف و دقیق نباشد

نکات ایمنی در جوشکاری لیزری پالسی

• عینک محافظ: همیشه از عینک محافظ مخصوص لیزر استفاده کنید.
• لباس محافظ: لباس محافظ مناسب بپوشید.
• تهویه: در محیطی با تهویه مناسب کار کنید.
• عدم تماس مستقیم: هرگز به طور مستقیم به پرتو لیزر نگاه نکنید.
• آموزش: قبل از کار با دستگاه، آموزش های لازم را ببینید.

نتیجه گیری: جوشکاری لیزری پالسی، راه حلی برای اتصالات ظریف و حساس

جوشکاری لیزری پالسی با ارائه کنترل دقیق بر روی حرارت ورودی، اعوجاج کم، کیفیت بالای جوش و قابلیت اتصال مواد مختلف، به یک روش ایده آل برای جوشکاری قطعات ظریف، حساس به حرارت و کاربردهایی که نیاز به دقت بالا دارند، تبدیل شده است. اگر در صنایعی مانند الکترونیک، پزشکی، جواهرسازی یا هوافضا فعالیت می کنید، جوشکاری لیزری پالسی می تواند گزینه بسیار مناسبی برای شما باشد.

 

سوالات متداول:

1. تفاوت اصلی بین جوشکاری لیزری پالسی و جوشکاری لیزری پیوسته چیست؟

در جوشکاری لیزری پیوسته (CW)، پرتو لیزر به طور مداوم به قطعه کار تابانده می شود. اما در جوشکاری لیزری پالسی، انرژی لیزر به صورت پالس های کوتاه و منقطع با توان بالا به قطعه کار تابانده می شود. این امر باعث کنترل دقیق تر بر روی حرارت ورودی و کاهش منطقه متاثر از حرارت (HAZ) می شود.

2. چه زمانی از جوشکاری لیزری پالسی استفاده می شود؟

جوشکاری لیزری پالسی به ویژه برای موارد زیر مناسب است:

• جوشکاری مواد حساس به حرارت: موادی که در اثر حرارت زیاد دچار اعوجاج، ترک خوردگی یا تغییر خواص می شوند.
• جوشکاری قطعات ظریف و پیچیده: جایی که نیاز به دقت و ظرافت بالا در جوشکاری است.
• جوشکاری فلزات غیر همجنس: جوشکاری فلزاتی که از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر متفاوت هستند.
• جوشکاری با نفوذ کم: زمانی که نیاز به ایجاد جوش با حداقل نفوذ در قطعه کار باشد.

3. آیا جوشکاری لیزری پالسی گران تر از جوشکاری لیزری پیوسته است؟

به طور کلی، دستگاه های جوش لیزری پالسی ممکن است هزینه اولیه بیشتری نسبت به دستگاه های لیزر پیوسته با توان مشابه داشته باشند. اما با توجه به کیفیت بالاتر جوش، کاهش ضایعات و امکان جوشکاری مواد خاص، این هزینه در بلندمدت می تواند توجیه پذیر باشد.

4. آیا برای استفاده از دستگاه جوش لیزری پالسی به تخصص خاصی نیاز دارم؟

بله، کار با دستگاه جوش لیزری پالسی نیاز به آموزش و مهارت دارد. اپراتور دستگاه باید با اصول جوشکاری لیزری، تنظیم پارامترهای مختلف (توان، سرعت، فرکانس پالس و …)، نکات ایمنی و نحوه نگهداری از دستگاه آشنا باشد. بسیاری از شرکت های فروشنده دستگاه های لیزر، دوره های آموزشی مربوطه را نیز ارائه می دهند.

5. آیا می توان از جوشکاری لیزری پالسی برای جوشکاری همه انواع فلزات استفاده کرد؟

جوشکاری لیزری پالسی (به ویژه با لیزر فایبر) برای طیف وسیعی از فلزات از جمله فولاد، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، مس، برنج و تیتانیوم مناسب است. با این حال، جوشکاری برخی از فلزات با بازتابش بالا (مانند مس و آلومینیوم خالص) ممکن است نیاز به تنظیمات خاص و تکنیک های ویژه داشته باشد.