در کوره‌های تولید صنعتی مدرن،جوش لیزری و جوش قوس الکتریکیمانند دو ابزار تیز با لبه‌های متمایز هستند که به طور مشترک از تقاضای عظیم برای اتصالات فلزی پشتیبانی می‌کنند. از دستگاه‌های پزشکی دقیق و کوچک گرفته تا سازه‌های بزرگ مانند کشتی‌ها و پل‌ها، اگرچه زمینه‌های کاربرد آن‌ها گاهی همپوشانی دارند، اما در ویژگی‌های اصلی نیز تمایزهای مشخصی را ایجاد می‌کنند. درک کامل تفاوت‌های اساسی بین این دو فناوری اصلی، سنگ بنای کلیدی برای دستیابی به انتخاب دقیق و به حداکثر رساندن راندمان در عمل مهندسی است.
I. منابع انرژی: از کوانتای نور تا قوس‌های یونیزه
جوش لیزری: جوش لیزری یک روش جوشکاری کارآمد و دقیق است که از یک پرتو لیزر با چگالی انرژی بالا به عنوان منبع حرارت استفاده می‌کند. جوش لیزری یکی از کاربردهای مهم فناوری پردازش مواد لیزری است. جوش لیزری را می‌توان با استفاده از پرتوهای لیزر پیوسته یا پالسی به دست آورد. اصول جوش لیزری را می‌توان به جوشکاری هدایت حرارتی و جوشکاری نفوذ عمیق لیزری تقسیم کرد.
اصل جوشکاری لیزری از نوع هدایت حرارتی به شرح زیر است: تابش لیزر سطح مورد نظر را گرم می‌کند و حرارت سطح از طریق هدایت حرارتی به داخل نفوذ می‌کند. با کنترل پارامترهای لیزر مانند عرض، انرژی، توان پیک و فرکانس تکرار پالس لیزر، قطعه کار ذوب می‌شود تا یک حوضچه مذاب خاص تشکیل شود.
(1) چگالی توان چگالی توان یکی از مهم‌ترین پارامترها در پردازش لیزری است. با اتخاذ یک چگالی توان نسبتاً بالا، لایه سطحی می‌تواند در محدوده زمانی میکروثانیه به نقطه جوش گرم شود و مقدار زیادی تبخیر ایجاد کند. بنابراین، چگالی توان بالا برای پردازش حذف مواد، مانند حفاری، برش و حکاکی مفید است. برای چگالی توان کمتر، چندین میلی‌ثانیه طول می‌کشد تا دمای لایه سطحی به نقطه جوش برسد. قبل از اینکه لایه سطحی تبخیر شود، لایه زیرین به نقطه ذوب می‌رسد که برای تشکیل یک جوش ذوبی خوب مساعد است.
(2) شکل موج پالس لیزر. شکل موج پالس‌های لیزر یک موضوع مهم در جوش لیزری است، به ویژه برای جوشکاری ورق‌های نازک. هنگامی که یک پرتو لیزر با شدت بالا به سطح یک ماده هدایت می‌شود، 60 تا 98 درصد از انرژی لیزر روی سطح فلز منعکس و از دست می‌رود و بازتابندگی با دمای سطح متفاوت است. در طول یک پالس لیزر، بازتابندگی فلزات بسیار متفاوت است.
(3) عرض پالس لیزر. عرض پالس یکی از پارامترهای مهم در جوشکاری لیزری پالسی است. این نه تنها یک پارامتر حیاتی است که حذف مواد را از ذوب مواد متمایز می‌کند، بلکه یک پارامتر کلیدی است که هزینه و حجم تجهیزات پردازش را تعیین می‌کند.
(4) سرعت جوشکاری. سرعت جوشکاری بر مقدار ورودی حرارت در واحد زمان تأثیر می‌گذارد. اگر سرعت جوشکاری خیلی کم باشد، ورودی حرارت بیش از حد زیاد خواهد بود و باعث سوختن قطعه کار می‌شود. اگر سرعت جوشکاری خیلی زیاد باشد، ورودی حرارت خیلی کم خواهد بود و در نتیجه قطعه کار نفوذ نمی‌کند.
جوش قوس الکتریکی: انرژی آن از قوس تشکیل شده توسط تخلیه مداوم بین الکترود (الکترود یا سیم) و قطعه کار حاصل می‌شود. دمای بالای تولید شده توسط قوس الکتریکی (معمولاً بالای 5000 درجه سانتی‌گراد) باعث می‌شود که الکترود و فلز پایه همزمان ذوب شوند تا یک حوضچه مذاب تشکیل شود. بسته به نوع الکترود و روش محافظت، بیشتر به رویکردهای متعددی طبقه‌بندی می‌شود:
جوشکاری قوس فلزی گازی (MIG/MAG): به طور مداوم سیم جوش را به عنوان الکترود تغذیه کنید و همزمان گاز محافظ بی‌اثر یا فعال (آرگون، CO₂ یا مخلوط آن‌ها) را اسپری کنید.
جوشکاری تنگستن گاز بی‌اثر (TIG): از یک الکترود تنگستن نسوز استفاده می‌کند و توسط گاز بی‌اثر (عمدتاً آرگون) محافظت می‌شود. سیم پرکننده را می‌توان اضافه کرد یا نه و فلز پایه توسط گرمای قوس ذوب می‌شود.
جوشکاری قوس فلزی محافظت شده (SMAW): الکترود پوشش‌دار تحت حرارت قوس الکتریکی ذوب می‌شود و پوشش گاز محافظ و سرباره تولید می‌کند تا حوضچه مذاب را بپوشاند.
جوشکاری قوس زیر پودری (SAW): سیم جوش و شار گرانولی همزمان به ناحیه قوس تغذیه می‌شوند. قوس در زیر لایه شار می‌سوزد و شار ذوب می‌شود تا سرباره‌ای تشکیل شود که حوضچه مذاب را می‌پوشاند.
II. تجزیه و تحلیل عمیق ابعاد عملکرد اصلی
جوش لیزری: مزایای قابل توجه. انرژی بسیار متمرکز است، ورودی حرارت بسیار کم است و ناحیه تحت تأثیر حرارت بسیار باریک است. این امر به طور قابل توجهی تغییر شکل جوشکاری و تنش پسماند را کاهش می‌دهد، به ویژه برای ورق‌های نازک، قطعات دقیق و اجزای مونتاژ شده مناسب است و به طور موثر از فرآیندهای اصلاح دست و پا گیر بعدی جلوگیری می‌کند.
جوش قوس الکتریکی: ورودی حرارت نسبتاً زیاد و به طور گسترده توزیع شده است و ناحیه تحت تأثیر حرارت به طور قابل توجهی گسترده‌تر است. مشکلات تغییر شکل و تنش پسماند برجسته‌تر هستند، به ویژه در جوشکاری ورق‌های نازک، جایی که طراحی ابزار و برنامه‌ریزی توالی جوشکاری بسیار محتاطانه مورد نیاز است.
سرعت و راندمان جوشکاری
جوش لیزری: مزایای قابل توجه. دارای چگالی انرژی بسیار بالایی است و سرعت جوشکاری آن بسیار بیشتر از اکثر روش‌های جوشکاری قوس الکتریکی است. مزایای آن در خطوط تولید خودکار با سرعت بالا غیرقابل جایگزینی است.
جوش قوس الکتریکی: سرعت نسبتاً کم است. اگرچه جوشکاری قوس زیر پودری یا جوشکاری MIG با سرعت بالا می‌تواند به سرعت‌های نسبتاً بالایی دست یابد، اما معمولاً هنوز کمتر از جوش لیزری است. راندمان آن با خواص فیزیکی قوس و فرآیند انتقال قطره محدود می‌شود.
ظرفیت نفوذ و تشکیل جوش:
جوش لیزری: مزایا (به ویژه جوشکاری نفوذ عمیق). اثر سوراخ کلید باعث می‌شود که در دستیابی به جوش‌هایی با نسبت عمق به عرض زیاد خوب باشد و می‌تواند ورق‌های ضخیم را در یک پاس نفوذ کند. درزهای جوش معمولاً باریک و عمیق هستند و سطح صاف و زیبایی دارند.
جوش قوس الکتریکی: ظرفیت نفوذ آن نسبتاً محدود است و نسبت عمق به عرض کم است. جوشکاری ورق‌های ضخیم معمولاً به پخ زدن برای جوشکاری چند لایه و چند پاس نیاز دارد. عرض درز جوش معمولاً بیشتر از جوش لیزری است و تشکیل آن به پارامترهای فرآیند خاص و مهارت جوشکار بستگی دارد.
III. سازگاری مواد و محدوده ضخامت:
جوش لیزری
مواد سودمند: فلزات رایج مانند فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، آلیاژ آلومینیوم و آلیاژ تیتانیوم همگی قابل استفاده هستند. برای مواد با بازتابندگی بالا مانند مس و طلا، طول موج‌های خاص (نور سبز، نور آبی) یا توان بالاتر برای غلبه بر بازتاب مورد نیاز است.
محدوده ضخامت: در ورق‌های نازک و ورق‌های متوسط مهارت دارد. لیزرهای پرقدرت (مانند لیزرهای فیبر 10000 واتی) همچنین می‌توانند مواد ضخیم‌تری (> 10 میلی‌متر) را جوش دهند، اما هزینه تجهیزات افزایش یافته است. جوشکاری فلزات ناهمسان (مانند فولاد-آلومینیوم) پتانسیل زیادی دارد، اما به کنترل دقیق نیاز دارد.
جوش قوس الکتریکی
مزایا: برای طیف وسیعی از مواد قابل استفاده است، تقریباً تمام فلزات قابل جوش (فولاد، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، مس، آلیاژهای پایه نیکل، چدن و غیره) را پوشش می‌دهد. هیچ مشکل خاصی برای مواد با بازتابندگی بالا وجود ندارد.
محدوده ضخامت: سازگاری بسیار گسترده. این می‌تواند همه چیز را از فویل‌های فوق‌العاده نازک (نیازمند فناوری‌های خاص مانند TIG/Plasma میکرو پرتو) تا سازه‌های غول‌پیکر به ضخامت صدها میلی‌متر (مانند جوشکاری قوس زیر پودری برای کشتی‌سازی و جوشکاری الکترواسلاگ ورق‌های ضخیم) را مدیریت کند و نیروی اصلی در جوشکاری قطعات ضخیم و بزرگ است.
جوش لیزری، با ویژگی‌های سرعت بالا، ورودی حرارت کم، دقت بالا و نسبت ابعاد بزرگ، در زمینه‌های تولید دقیق و اتوماسیون کارآمد برجسته شده است. جوش قوس الکتریکی، با مزایای سازگاری گسترده مواد، ظرفیت ورق ضخیم قوی، هزینه کم تجهیزات و عملکرد انعطاف‌پذیر، دارای یک پایه عمیق در صنایع سنگین و ساخت و ساز در محل است. هر دو در طرح بزرگ تولید صنعتی به نقاط قوت خود عمل می‌کنند و به طور مشترک باعث گسترش مداوم مرزهای فناوری‌های اتصال می‌شوند. خرد یک مهندس در درک خواسته‌های اصلی سناریوهای کاربردی خاص و یافتن مناسب‌ترین نقطه تعادل در مثلث هزینه، راندمان و کیفیت نهفته است و اتصال فلزات را هم محکم و قابل اعتماد و هم کارآمد و اقتصادی می‌کند.