في أفران التصنيع الصناعي الحديثةلحام بالليزر وحام بالقوسمثل اثنين من الأدوات الحادة ذات الحواف المختلفة، تدعم معا الطلب الهائل على الاتصالات المعدنية. من الأجهزة الطبية الدقيقة والصغيرة إلى الهياكل الكبيرة مثل السفن والجسور،على الرغم من أن مجالات تطبيقها تتداخل أحيانا، فإنها تشكل أيضا تمييزات واضحة في الخصائص الأساسية.فهم شامل للاختلافات الأساسية بين هاتين التكنولوجيا الرئيسيتين هو حجر الزاوية الرئيسي لتحقيق اختيار دقيق وتعظيم الكفاءة في الممارسة الهندسية.
أ. مصادر الطاقة: من كوانتات الضوء إلى الأقواس المؤينة
لحام بالليزر: الحام بالليزر هو طريقة لحام فعالة ودقيقة تستخدم شعاع ليزر ذو كثافة طاقة عالية كمصدر للحرارة.لحام الليزر هو واحد من التطبيقات الهامة لتكنولوجيا معالجة المواد بالليزريمكن تحقيق لحام بالليزر باستخدام أشعة ليزر مستمرة أو نبضية. يمكن تقسيم مبادئ لحام بالليزر إلى لحام التوصيل الحراري و لحام الانتشار العميق بالليزر.
مبدأ لحام الليزر من نوع التوصيل الحراري هو كما يلي: إشعاع الليزر يسخن السطح الذي سيتم معالجته ، وتنتشر حرارة السطح إلى الداخل من خلال التوصيل الحراري.عن طريق التحكم في معايير الليزر مثل العرض، الطاقة، الطاقة القصوى وتكرار تردد نبض الليزر، يتم إذابة القطعة المعدة لتشكيل بركة صهر محددة.
(1) كثافة الطاقة كثافة الطاقة هي واحدة من أهم المعلمات في معالجة الليزر.يمكن تسخين الطبقة السطحية إلى نقطة الغليان في غضون فترة زمنية من الميكرو ثانية، مما يولد كمية كبيرة من التبخر. وبالتالي ، فإن كثافة الطاقة العالية مفيدة لمعالجة إزالة المواد ، مثل الحفر والقطع والنقش.يستغرق الأمر عدة ميلي ثانية حتى تصل درجة حرارة الطبقة السطحية إلى نقطة الغليانقبل أن تتبخر الطبقة السطحية ، تصل الطبقة السفلية إلى نقطة الذوبان ، مما يؤدي إلى تشكيل لحام انصهار جيد
(2) شكل موجة نبضات الليزر. شكل موجة نبضات الليزر هو مسألة مهمة في لحام الليزر، وخاصة لحام الصفائح الرقيقة.عندما يتم توجيه شعاع ليزر عالي الكثافة على سطح المادة، 60 إلى 98٪ من طاقة الليزر على سطح المعدن سيتم انعكاسها وفقدان، وتختلف انعكاسية مع درجة حرارة السطح.انعكاس المعادن يختلف كثيرا.
(3) عرض نبض الليزر. عرض النبض هو واحد من المعلمات الهامة في لحام الليزر النبض. انها ليست فقط المعلم الحاسم الذي يميز إزالة المواد من ذوبان المواد،ولكن أيضاً معيار رئيسي يحدد تكلفة وحجم معدات المعالجة.
(4) سرعة اللحام. تؤثر سرعة اللحام على كمية الدخول الحراري لكل وحدة وقت. إذا كانت سرعة اللحام بطيئة جدًا ، فسيكون الدخول الحراري كبيرًا جدًا ، مما يؤدي إلى حرق القطعة.إذا كانت سرعة اللحام سريعة جدا، سيكون دخول الحرارة صغير جدا، مما يؤدي إلى قطعة العمل لا يتم اختراق.
لحام القوس: تأتي طاقته من القوس الذي يتم تشكيله عن طريق التفريغ المستمر بين الأقطاب الكهربائية (الأقطاب الكهربائية أو الأسلاك) وقطعة العمل.درجة الحرارة العالية الناتجة عن القوس الكهربائي (عادة ما تكون فوق 5000 درجة مئوية) تجعل الأقطاب الكهربائية والمعدن الأساسي يذوبان في وقت واحد لتشكيل بركة صهراعتمادا على نوع الأقطاب الكهربائية وطريقة الحماية ، يتم تصنيفها إلى العديد من الطرق:
لحام قوس معدني بالغاز (MIG/MAG): إمداد الأسلاك الحامدة باستمرار كقطب كهربائي، ورش غاز الحماية الخامل أو النشط (أرجون، CO2، أو مخاليطها) في نفس الوقت.
لحام غاز التولفستين الجامد (TIG): يستخدم كهرباء التولفستين المقاومة للنيران ويحميها غازات جامدة (أرجون بشكل رئيسي). يمكن إضافة سلك ملء أو لا،ويتم ذوبان المادة الأساسية بواسطة حرارة القوس.
لحام القوس المعدني المحمي (SMAW): يذوب الكهرباء المغطاة تحت حرارة القوس الكهربائي ، ويولد الطلاء غازًا وقشريًا وقائيًا لتغطية البركة المنصهرة.
لحام القوس الغارق (SAW): يتم إدخال سلك اللحام والتيار الحبيبي في نفس الوقت إلى منطقة القوس. يحترق القوس تحت طبقة التيار،و يذوب التدفق لتشكيل الخامات التي تغطي البركة المنصهرة.
تحليل متعمق لأبعاد الأداء الأساسية
لحام بالليزر: مزايا كبيرة: الطاقة مركزة للغاية، وتدخل الحرارة منخفض للغاية، ومنطقة الحرارة المتأثرة ضيقة جدا.هذا يقلل بشكل كبير تشوه اللحام والإجهاد المتبقي، مناسبة بشكل خاص للصفائح الرقيقة، وأجزاء الدقة والمكونات المجمعة، وتجنب بشكل فعال عمليات تصحيح صعبة لاحقة.
لحام القوس: الدخول الحراري مرتفع نسبياً وموزع على نطاق واسع ، والمنطقة المتأثرة بالحرارة أوسع بكثير. مشاكل التشوه والإجهاد المتبقي أكثر بروزًا ،خاصة في لحام الصفائح الرقيقة، حيث يتطلب تصميم الأدوات الحذر بشكل خاص وتخطيط تسلسل اللحام.
سرعة الالتحام وكفاءته
لحام بالليزر: مزايا هامة. لديها كثافة طاقة عالية للغاية وسرعة لحام تتجاوز بكثير معظم طرق لحام القوس.مزاياه في خطوط الإنتاج الآلية عالية السرعة لا يمكن استبدالها.
لحام القوس: السرعة بطيئة نسبيًا. على الرغم من أن لحام القوس الغارق أو لحام MIG عالي السرعة يمكن أن يحقق سرعات عالية نسبيًا ، إلا أنها عادة ما تكون أقل من لحام الليزر.كفاءته محدودة من قبل الخصائص الفيزيائية للقوس وعملية انتقال قطرة.
القدرة على الاختراق وتشكيل اللحام:
لحام بالليزر: المزايا (وخاصة لحام الاختراق العميق). يجعله تأثير ثقب المفتاح جيدًا لتحقيق لحامات ذات نسبة عمق إلى عرض كبيرة ،ويمكن أن تخترق الألواح السميكة في مرور واحدخياطات الصلح عادة ما تكون ضيقة وعميقة ، مع سطح ناعم وجميل.
لحام القوس: إن قدرة اختراقها محدودة نسبيًا ، ونسبة العمق إلى العرض صغيرة. عادةً ما يتطلب لحام الألواح السميكة حفرًا لتحاميل متعددة الطبقات والعديد من الممرات.عادة ما يكون عرض خيط لحام أكبر من لحام الليزر، ويعتمد التشكيل على معايير العملية المحددة ومهارات اللحام.
3- قابلية تكييف المواد ومجموعة السماكة:
لحام بالليزر
المواد المفيدة: المعادن الشائعة مثل الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم جميعها قابلة للتطبيق. للمواد عالية الانعكاس مثل النحاس والذهب،أطوال موجة خاصة (ضوء أخضر)، الضوء الأزرق) أو طاقة أعلى مطلوبة للتغلب على الانعكاس.
نطاق السماكة: بارع في الألواح الرقيقة والألواح المتوسطة. يمكن لليزر ذو الطاقة العالية (مثل ليزر الألياف بـ 10،000 واط) أيضًا لحام المواد الأكثر سمكًا (> 10 مم) ، ولكن تكلفة المعدات ارتفعت.لحام المعادن المختلفة (مثل الصلب والألومنيوم) لديه إمكانات كبيرة، ولكنه يتطلب التحكم الدقيق.
لحام القوس
المزايا: قابلة للتطبيق على مجموعة واسعة للغاية من المواد، تغطي تقريبا جميع المعادن القابلة للصيانة (الصلب، الفولاذ المقاوم للصدأ، الألومنيوم، النحاس، السبائك القائمة على النيكل، الحديد الصلب، الخ).لا توجد صعوبات خاصة للمواد عالية الانعكاس.
نطاق السماكة: قابلية تكييف واسعة للغاية. It can handle everything from ultra-thin foils (requiring special technologies such as micro-beam TIG/Plasma) to giant structures hundreds of millimeters thick (such as submerged arc welding for shipbuilding and electroslag welding of thick plates)، وهي القوة الرئيسية في لحام القطع السميكة والكبيرة.
الليزر لحام، مع خصائصه من السرعة العالية، وانخفاض دخول الحرارة، ودقة عالية ونسبة شكل كبيرة، وتبرز في مجالات التصنيع الدقيق والأتمتة الفعالة.لحام القوس، مع مزاياها من قابلية تكييف المواد الواسعة، والقدرة القوية للصفائح السميكة، وانخفاض تكلفة المعدات والتشغيل المرن، لديها أساس عميق في الصناعة الثقيلة والبناء في الموقع.كلاهما يستفيد من نقاط قوتهما في المخطط الكبير للتصنيع الصناعي ويدفع معا التوسع المستمر في حدود تكنولوجيات الاتصالإن حكمة المهندس تكمن في إدراك المتطلبات الأساسية لسيناريوهات التطبيق المحددة وإيجاد نقطة التوازن الأنسب في المثلث من التكلفة والكفاءة والجودة.جعل اتصال المعادن ثابتة وموثوق بها، وكذلك فعالة واقتصادية.