تأثیر آلودگی سیستم نوری دستگاه جوشکاری لیزری بر کیفیت جوشکاری

I. مقدمه

فناوری جوشکاری لیزری به دلیل چگالی انرژی بالا، دقت جوشکاری و تغییر شکل کم، به‌طور گسترده در مهر و موم باتری‌های لیتیومی، الکترونیک مصرفی، ساخت تجهیزات پزشکی و پردازش فلزات استفاده می‌شود. با این حال، در طول عملکرد بلندمدت، سیستم نوری دستگاه جوشکاری لیزری مستعد آلودگی توسط دود، پاشش، روغن و رطوبت است که کیفیت انتقال پرتو را تحت تأثیر قرار داده و در نهایت پایداری جوشکاری را کاهش می‌دهد. آلودگی نوری به یک عامل پنهان بالقوه تبدیل شده که کیفیت جوشکاری را تحت تأثیر قرار می‌دهد و باید از دو دیدگاه فرآیند و نگهداری به آن پرداخته شود.

II. نقش سیستم نوری در دستگاه‌های جوشکاری لیزری

یک سیستم نوری معمولی عمدتاً شامل موارد زیر است:

پنجره خروجی لیزر

همسوکننده/گسترش‌دهنده پرتو

گالوانومتر اسکن (در صورت وجود)

عدسی فوکوس یا عدسی F-تتا

عدسی محافظ (برای حفاظت از اجزای نوری)

عملکرد اصلی سیستم نوری، انتقال و فوکوس دقیق پرتوهای لیزری با انرژی بالا بر روی ناحیه جوش است. بنابراین، تمیزی و عبوردهی سطوح نوری برای اتصال کارآمد انرژی در حین جوشکاری بسیار حیاتی است.

III. منابع اصلی آلودگی نوری

آلودگی نوری عمدتاً از منابع زیر ناشی می‌شود:

ذرات میعان دود و بخار
بخار فلز تولید شده توسط جوشکاری دمای بالا به ذرات تبدیل شده و بر روی سطوح نوری رسوب می‌کند.

چسبندگی پاشش مذاب
در حین جوشکاری نفوذ عمیق یا پردازش ناپایدار، قطرات مذاب ممکن است به لنزهای محافظ بچسبند.

رطوبت و لایه‌های روغنی
این آلودگی‌ها از دستگاه‌های هوای فشرده روغنی، نشتی چیلرهای آبی یا رطوبت محیطی نشأت می‌گیرند و لایه‌های نازکی با عبوردهی پایین ایجاد می‌کنند.

اثر انگشت و بقایای تمیزکردن
تماس انسانی یا استفاده از حلال‌های نامناسب می‌تواند باعث آلودگی ثانویه در سطوح نوری شود.

این آلاینده‌ها ممکن است به شکل گرد و غبار، لایه‌های روغنی، ذرات جامد یا علائم سوختگی ظاهر شوند.

چهارم. مکانیزم‌هایی که به وسیله آن‌ها آلودگی نوری کیفیت جوشکاری را تحت تأثیر قرار می‌دهد

آلودگی نوری عمدتاً به روشهای زیر بر کیفیت جوشکاری تأثیر می‌گذارد:

1. تضعیف انرژی لیزر

وجود آلودگی باعث کاهش کارایی انتقال پرتو می‌شود و منجر به انرژی ناکافی در فرآیند جوشکاری می‌گردد. موارد متداول شامل:

نفوذ ناکافی جوش

عدم اتصال یا جوش‌های ضعیف

درزهای جوش تیره یا ناپیوسته

پنجره فرآیندی باریک‌شده

موادی که به سطوح انرژی حساس هستند (مانند آلومینیوم، مس، ترمینال‌های باتری) تحت تأثیر قرار می‌گیرند.

۲. اعوجاج پرتو و تغییر نقطه کانونی

آلودگی خواص انتشار پرتو را تغییر می‌دهد و باعث کانون‌زدایی یا توزیع نامنظم انرژی می‌شود که ممکن است منجر به:

عرض جوش ناسازگار

انحراف مسیر جوش

افزایش نوسان حوضچه مذاب

کاهش پایداری جوشکاری

در جوشکاری با دقت بالا، تغییر نقطه کانونی در حد چند ده تا چند صد میکرون می‌تواند به طور قابل توجهی بر نرخ بازده تأثیر بگذارد.

۳. افزایش خطر آسیب حرارتی به اجزای نوری

ناخالصی‌ها انرژی لیزر را جذب کرده و گرمای موضعی تولید می‌کنند که ممکن است باعث:

علامت‌های سوختگی لنز محافظ یا جدایش پوشش

لکه‌های سوختگی روی انبساط‌دهنده‌های پرتو یا لنزهای اسکن کننده

آسیب به پنجره خروجی لیزر

آسیب نوری معمولاً غیرقابل برگشت است و نیازمند تعویض قطعه است که این امر هزینه‌ها را افزایش می‌دهد.

۴. ناهنجاری‌ها و ناپایداری فرآیند جوشکاری

آلودگی نوری ممکن است منجر به:

جوشیدن نامنظم حمام مذاب

افزایش تخلخل

درزهای جوش زبر یا زیربردباری

هشدارهای سیستم یا نوسان انرژی

در خطوط تولید خودکار، این مسائل به‌طور مستقیم بر ثبات و ظرفیت تولید تأثیر می‌گذارند.

V. تفاوت‌های حساسیت مواد (بدون نمودارهای مقایسه‌ای)

مواد جوشکاری مختلف دارای حساسیت متفاوتی نسبت به آلودگی نوری هستند، به عنوان مثال:

آلومینیوم: بازتاب‌دهندگی بالا و بسیار حساس به انرژی کافی نیست؛ حتی آلودگی جزئی نیز ممکن است باعث عدم نفوذ کافی یا زیربردگی شود.

مس یا زبانه‌های باتری: نیازمند انرژی بسیار پایدار است؛ آلودگی منجر به جوش‌های ضعیف شده و بر هدایت الکتریکی و عملکرد چرخه باتری تأثیر می‌گذارد.

فولاد ضدزنگ: آلودگی منجر به سطح جوش نامنظم، درزهای جوش تیره و نفوذ ناهمگون می‌شود.

فولاد کربنی: پاشش بیشتری تولید می‌کند و به سرعت اپتیک‌ها را آلوده می‌کند و مصرف عدسی‌های محافظ و ناپایداری فرآیند را افزایش می‌دهد.

این خطرات را می‌توان بدون نمودار یا مقایسه‌های تصویری، به‌طور کافی با متن توصیف کرد.

VI. روش‌های تشخیص و ارزیابی

آلودگی نوری را می‌توان از طریق رویکردهای زیر شناسایی کرد:

بازرسی بصری: از نور زاویه‌دار برای مشاهده رسوبات روی سطوح لنز استفاده کنید

پایش تضعیف انرژی: انحرافات توان خروجی را در طول زمان پیگیری کنید

بازخورد کیفیت جوش: عمق نفوذ و شکل سطحی جوش را بررسی کنید

سیستم‌های هشدار فرآیند: هشدارهای مربوط به پایداری انرژی جوش را مشاهده کنید

تسهیلات پیشرفته ممکن است از تجهیزات دید محوری یا پایش توان لیزر نیز برای تشخیص استفاده کنند.

VII. استراتژی‌های پیشگیری و نگهداری

آلودگی اپتیکی را می‌توان از طریق مدیریت فرآیند و نگهداری پیشگیرانه کنترل کرد:

از لنزهای محافظ استفاده کنید و آن‌ها را به‌طور منظم تعویض کنید

از گاز محافظ جانبی یا محوری اضافه کنید

از گازهای کمکی با خلوص بالا (آرگون/نیتروژن) استفاده کنید

نصب سیستم‌های استخراج دود برای کاهش رسوب

بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند به منظور حداقل‌کردن پاشش

استفاده از الکل و پارچه‌های نظافتی اختصاصی برای تمیزکاری

راه‌اندازی ردیابی عبور نور و مدیریت عمر قطعات

این روش‌ها برای صنایعی که به ثبات بالایی نیاز دارند، مانند تولید باتری، ضروری هستند.

VIII. نتیجه‌گیری

آلودگی سیستم‌های نوری عامل پنهان مهمی است که منجر به کاهش کیفیت جوشکاری لیزری می‌شود. این پدیده دارای ویژگی‌های پنهانی، تجمعی و مخرب است. با افزایش نظارت بر آلودگی، بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند و ایجاد پروتکل‌های نگهداری، می‌توان عمر قطعات نوری را افزایش داد و پایداری و ثبات جوشکاری را بهبود بخشید. با گسترش فناوری لیزر در حوزه‌های تولید دقیق، مدیریت آلودگی نوری به عنصری کلیدی در تأثیرگذاری بر میزان بازده و کنترل هزینه تبدیل خواهد شد.