محدودیت‌های دستگاه جوشکاری لیزری چیست؟

دستگاه‌های جوشکاری لیزری نوعی تجهیزات پردازشی هستند که از پرتوهای لیزر با چگالی انرژی بالا برای اتصال مواد استفاده می‌کنند. با توجه به انرژی متمرکز، ورودی حرارتی قابل کنترل و مورفولوژی پایدار جوش، این دستگاه‌ها به‌طور گسترده‌ای در اتصال قطعات ساختاری فلزی و اجزای دقیق بکار می‌روند. در کاربردهای عملی، جوشکاری لیزری مزایای قابل توجهی دارد اما محدودیت‌هایی نیز دارد.

الف. مزایای جوشکاری لیزری
1. چگالی انرژی بالا

پرتو لیزر دارای چگالی توان بالایی است که می‌تواند در یک ناحیه محلی به‌سرعت یک حوضچه مذاب ایجاد کند و این امر امکان جوشکاری نفوذ عمیق یا جوشکاری هدایتی را فراهم می‌آورد. این روش برای قطعاتی که نیاز به کنترل دقیق منطقه تحت تأثیر حرارت دارند، مناسب است.

2. ورودی حرارتی پایین و تغییر شکل ناچیز

جوشکاری لیزری دارای میزان کلی ورودی حرارتی پایین و ناحیه تحت تأثیر حرارت (HAZ) باریک است که باعث کاهش تغییر شکل قطعه کار شده و برای قطعات دیواره نازک و اجزای دقیق مناسب است.

3. سرعت بالای جوشکاری

جوشکاری لیزری سرعت بالایی دارد و برای خطوط تولید خودکار مناسب است و کارایی تولید را افزایش می‌دهد.

4. کیفیت بالای جوش

جوش ایجاد شده باریک بوده، نسبت عمق به عرض بالایی دارد و نفوذ یکنواختی نشان می‌دهد و نیازهای اتصالات جوشی با استحکام بالا را برآورده می‌کند.

5. فرآیند بدون تماس

در حین جوشکاری، سر جوش با قطعه کار تماسی ندارد که این امر آن را برای ساختارهای پیچیده یا اتصالات جوشی که دسترسی به آن‌ها دشوار است، مناسب می‌سازد.

II. محدودیت‌های دستگاه‌های جوشکاری لیزری
1. نیاز بالا به دقت مونتاژ

پرتو لیزر اندازه نقطه کوچکی دارد و به شکاف جوش، دقت موقعیت‌یابی و تحملات ابعادی حساس است. شکاف زیاد ممکن است باعث ناپایداری حوضچه مذاب، ادغام ناقص یا فروپاشی شود.

2. حساسیت به وضعیت سطح ماده

مواد با بازتاب بالا (مانند مس، آلومینیوم، طلا و نقره) جذب کمی از لیزرهای مادون قرمز دارند و به راحتی باعث بازتاب و اتصال ناکافی انرژی می‌شوند. آلودگی سطحی ناشی از روغن و لایه‌های اکسید نیز بر یکنواختی جوشکاری تأثیر می‌گذارند.

3. هزینه بالای تجهیزات

منبع لیزر، قطعات نوری و سیستم‌های خنک‌کننده گران هستند. هزینه‌های نگهداری و تعویض قطعات نوری بیشتر از تجهیزات جوشکاری سنتی است.

4. نیازهای بالا به محیط کار

سیستم‌های لیزری نیازمند محیطی با دمای ثابت هستند و باید از ورود گرد و غبار و مه روغن به مسیر نوری جلوگیری شود. ماشین‌های پرقدرت به سیستم‌های خنک‌کننده و تأمین پایدار برق نیاز دارند.

5. الزامات سختگیرانه در مورد محافظت ایمنی

تابش لیزر، پاشش و نور منعکس‌شده می‌توانند خطرات بالقوه‌ای ایجاد کنند. اپراتورها باید از عینک‌های محافظ استفاده کنند و از محفظه‌های محافظ یا پرده‌های ایمنی نوری بهره ببرند.

6. بازرسی دشوار جوش

جوشکاری نفوذ عمیق، جوش‌های باریک و عمیقی تولید می‌کند که تشخیص عیوب داخلی — مانند تخلخل، حفره‌های انقباضی و عدم نفوذ — به صورت بصری را دشوار می‌سازد. نیاز به آزمون غیرمخرب با اشعه ایکس یا فراصوت وجود دارد.

7. محدودیت‌ها در جوشکاری ورق‌های ضخیم

برای موادی که از ضخامت مشخصی فراتر می‌روند، جوشکاری تک‌مرحله‌ای نمی‌تواند نفوذ کامل را تضمین کند. ممکن است نیاز به جوشکاری چندمرحله‌ای یا جوشکاری ترکیبی لیزر-قوس باشد.

8. حساسیت به ترک در برخی مواد

فولادهای با کربن بالا، فولادهای سخت‌شده و چدن مستعد ترک گرم یا ترک سرد در حین جوشکاری لیزری هستند. نیاز به پیش‌گرمایش، خنک‌کاری کنترل‌شده یا تنظیم شکل موج وجود دارد.

III. مواد قابل اجرا و محدودیت‌های مواد
مواد مناسب:

۱. فولاد راست‌الانکو

2.چدنگی فولاد

3.آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم

4. مس و آلیاژهای مس

5. آلیاژهای پایه نیکل

6. آلیاژهای تیتانیوم

7. مواد ورق‌های فلزی نازک

محدودیت‌های مواد:

1. مواد با قابلیت انعکاس بالا (مس، آلومینیوم) نیازمند لیزرهای آبی/سبز یا چگالی توان بالاتر هستند.

2. فولاد با کربن بالا و چدن نشکن نیازمند پیش‌گرمایش یا جوشکاری کنترل‌شده با شکل موج هستند.

3. مواد غیرفلزی (پلاستیک‌ها، سرامیک‌ها) نیازمند انواع دیگری از لیزرها (مانند لیزر CO₂ یا لیزر پیکوثانیه) هستند.

IV. سناریوهای کاربردی متداول جوشکاری لیزری

1. ساخت دقیق: جوشکاری قطعات الکترونیکی، مهر و موم حسگرها، جوشکاری زبانه باتری لیتیومی.

2. تولید خودرو: جوشکاری ساختار بدنه، جوشکاری فولادهای با استحکام بالا، جوشکاری پوسته باتری.

3. هوافضا: جوشکاری قطعات نازک از جنس آلیاژهای پایه نیکل و تیتانیوم.

4. دستگاه‌های پزشکی: جوشکاری ابزارهای ریز از جنس فولاد ضدزنگ و تیتانیوم.

5. تولید قطعات صنعتی: وسایل آشپزخانه، پوسته‌های فلزی، دسته‌ها و سایر قطعات ورق نازک.

6. صنعت انرژی جدید: جوشکاری قطعات هادی مس–آلومینیوم، جوشکاری ورقه‌های استاتور موتور.

V. شرایط محیط کار

1. دمای داخلی پایدار (معمولاً 15 تا 30 درجه سانتی‌گراد)

2. رطوبت متعادل جهت جلوگیری از تشکیل قطرات آب

3. هوا تمیز و عاری از گرد و غبار و مه روغن

4. تأمین برق پایدار بدون نوسان ولتاژ

5. سیستم چیلر برای حفظ دمای لیزر و سر جوشکاری

6. محیط ایمنی لیزر مجهز به تجهیزات حفاظتی مناسب

دستگاه‌های جوشکاری لیزری سرعت بالا، دقت بالا، مناطق تحت تأثیر حرارت کم و قابلیت مناسب برای اتوماسیون را ارائه می‌دهند. این دستگاه‌ها از طیف گسترده‌ای از مواد فلزی پشتیبانی می‌کنند و در کاربردهای جوشکاری با دقت بالا مؤثر هستند. با این حال، نیازمند دقت بالای مونتاژ، شرایط خاص مواد و پارامترهای محیطی کنترل‌شده هستند و هزینه‌های تجهیزات و نگهداری آن‌ها بیشتر است. برخی از مواد تمایل به ترک خوردن یا مشکلات جذب انرژی دارند. در عمل، باید انواع مناسب لیزر و فرآیندهای جوشکاری را بر اساس ویژگی‌های ماده، ساختار قطعه، ضخامت و نیازهای تولید انتخاب کرد