تأثير تلوث النظام البصري لجهاز اللحام بالليزر على جودة اللحام

المقدمة

تُستخدم تقنية اللحام بالليزر على نطاق واسع في إغلاق بطاريات الليثيوم، والإلكترونيات الاستهلاكية، وتصنيع الأجهزة الطبية، ومعالجة المعادن نظرًا لكثافتها العالية للطاقة، ودقة اللحام، وتشوهها المنخفض. ومع ذلك، أثناء التشغيل لفترات طويلة، يصبح النظام البصري لآلة اللحام بالليزر عرضة للتلوث بالدخان والرشوح والزيوت والرطوبة، مما يؤثر على جودة انتقال الشعاع ويقلل في النهاية من استقرار اللحام. وقد أصبح تلوث المكونات البصرية عاملًا خفيًا محتملاً يؤثر على جودة اللحام، وينبغي التصدي له من منظورَي العملية والصيانة.

الدور الثاني: دور النظام البصري في آلات اللحام بالليزر

يتكون النظام البصري النموذجي أساسًا من:

نافذة خروج الليزر

عدسة توازٍ / موسّع شعاعي

عداد قياس مسح (إن وُجد)

عدسة تركيز أو عدسة F-Theta

عدسة واقية (لحماية المكونات البصرية)

تتمثل الوظيفة الأساسية للنظام البصري في نقل وتركيز شعاع الليزر عالي الطاقة بدقة على منطقة اللحام. ولذلك، فإن نظافة الأسطح البصرية ونفاذية الضوء من خلالها أمر بالغ الأهمية لربط الطاقة بكفاءة أثناء عملية اللحام.

ثالثاً: المصادر الرئيسية للتلوث البصري

ينشأ التلوث البصري بشكل رئيسي من المصادر التالية:

أبخرة الدخان والتكثيف
يتكثف بخار المعدن الناتج عن اللحام عند درجات الحرارة العالية إلى جزيئات وتترسب على الأسطح البصرية.

الالتصاق بالرشح المنصهر
خلال عمليات اللحام ذات الاختراق العميق أو المعالجة غير المستقرة، قد تلتصق القطرات المنصهرة بعدسات الحماية.

أغشية الرطوبة والزيوت
وهي ناتجة عن ضواغط الهواء الزيتية، أو تسرب مبردات المياه، أو الرطوبة المحيطة، ما يؤدي إلى تكوّن أفلام رقيقة منخفضة النفاذية.

بصمات الأصابع وبقايا التنظيف
يمكن أن يتسبب الاتصال البشري أو استخدام المذيبات غير المناسبة في تلوث ثانوي على الأسطح البصرية.

قد تظهر هذه الملوثات على شكل غبار، أو أغشية زيتية، أو جسيمات صلبة، أو علامات حروق.

رابعًا. آليات تأثير التلوث البصري على جودة اللحام

يؤثر التلوث البصري بشكل رئيسي على جودة اللحام بالطرق التالية:

1. توهين طاقة الليزر

يقلل التلوث من كفاءة انتقال الحزمة، مما يؤدي إلى نقص الطاقة اللازمة للحام. وتشمل المظاهر الشائعة ما يلي:

اختراق لحام غير كافٍ

عدم انصهار كافٍ أو لحامات ضعيفة

تلون أو انقطاع في وصلات اللحام

تضييق نطاق العملية

تتأثر المواد الحساسة للطاقة (مثل الألومنيوم والنحاس وأطراف البطاريات) بشكل أكبر.

2. تشوه الشعاع وانحراف البؤرة

تغيرات التلوث في خصائص انتشار الشعاع، مما يؤدي إلى انحراف البؤرة أو توزيع غير متساوٍ للطاقة، والذي قد يؤدي إلى:

عرض لحام غير متسق

انحراف مسار اللحام

زيادة تقلبات بركة الانصهار

انخفاض استقرار عملية اللحام

في عمليات اللحام عالية الدقة، يمكن أن يؤثر انحراف بؤري بضعة عشرات إلى مئات الميكرومترات تأثيرًا كبيرًا على معدلات الإنتاج.

3. زيادة خطر الضرر الحراري للمكونات البصرية

تمتص الملوثات طاقة الليزر وتولد حرارة موضعية، مما قد يؤدي إلى:

علامات حروق على العدسة الواقية أو تشقق الطلاء

بقع حروق على موسّعات الشعاع أو عدسات المسح

تلف نافذة خرج الليزر

عادةً ما يكون التلف البصري لا يمكن إصلاحه ويستدعي استبدال المكونات، مما يزيد التكلفة.

4. تشوهات و عدم استقرار في عملية اللحام

قد يؤدي التلوث البصري إلى:

غليان غير منتظم في بركة الانصهار

زيادة المسامية

وصلات لحام خشنة أو قطوع تحت السطح

تنبيهات النظام أو تقلبات في الطاقة

في خطوط الإنتاج الآلية، تؤثر هذه المشكلات مباشرةً على الاتساق والإنتاجية.

خامساً: اختلافات في حساسية المواد (بدون جداول مقارنة)

تُظهر مواد اللحام المختلفة حساسية متفاوتة للتلوث البصري، على سبيل المثال:

الألومنيوم: انعكاسية عالية وحساسية كبيرة لعدم كفاية الطاقة؛ فقد يؤدي التلوث البسيط إلى عدم الاختراق أو وجود عيوب تحت الحافة.

النحاس أو أطراف البطاريات: يتطلب طاقة مستقرة للغاية؛ ويؤدي التلوث إلى لحامات ضعيفة، مما يؤثر على التوصيلية وأداء دورة البطارية.

الفولاذ المقاوم للصدأ: يؤدي التلوث إلى أسطح لحام خشنة، وخطوط لحام داكنة، واختراق غير متسق.

الفولاذ الكربوني: يُنتج شرارات أكثر ويُلوث العدسات البصرية بسرعة، مما يزيد من استهلاك العدسات الواقية وعدم استقرار العملية.

يمكن وصف هذه المخاطر بشكل كافٍ بالنص دون الحاجة إلى رسوم بيانية أو مقارنات بصرية.

سادساً: طرق الكشف والتقييم

يمكن تحديد التلوث البصري من خلال الأساليب التالية:

الفحص البصري: استخدم إضاءة بزاوية لرصد الرواسب على أسطح العدسات

مراقبة توهين الطاقة: تتبع الانحرافات في القدرة الخارجة مع مرور الوقت

تغذية راجعة لجودة اللحام: تحقق من عمق الاختراق وتكوين السطح

سجلات إنذارات العمليات: راقب إنذارات استقرار طاقة اللحام

قد تستخدم المرافق المتقدمة أيضًا معدات رؤية محورية أو مراقبة قوة الليزر لأغراض التشخيص.

سابعًا. استراتيجيات الوقاية والصيانة

يمكن التحكم في تلوث العدسات البصرية من خلال إدارة العمليات والصيانة الوقائية:

استخدم عدسات واقية واستبدلها بانتظام

أضف غاز حماية جانبي أو غاز حماية محوري

استخدم غازات مساعدة عالية النقاء (الأرجون/النيتروجين)

تثبيت أنظمة استخراج الأبخرة للحد من الترسبات

تحسين معايير العملية لتقليل التناثر

استخدام كحول خاص وقطن بصري للتنظيف

إنشاء نظام تتبع لنقلية الضوء وإدارة عمر المكونات

هذه الممارسات ضرورية للصناعات ذات المتطلبات العالية للاتساق، مثل تصنيع البطاريات.

الثامن الاستنتاج

تلوث النظام البصري هو عامل خفي رئيسي يؤدي إلى تدهور جودة اللحام بالليزر. ويتميز هذا التلوث بأنه خفي وتراكمي وتدميري. ومن خلال تعزيز رصد التلوث، وتحسين معايير العملية، وإنشاء بروتوكولات الصيانة، يمكن إطالة عمر المكونات البصرية وتحسين استقرار اللحام واتساقه. ومع توسع تقنية الليزر بشكل متزايد في مجالات التصنيع الدقيقة، سيصبح إدارة تلوث الأنظمة البصرية عنصراً حاسماً يؤثر على معدل العائد والتحكم في التكاليف.