آیا جوش لیزری از جوش معمولی قوی‌تر است؟

هنگامی که صنایع مدرن تولیدی الزامات بیشتری را برای تکنولوژی اتصال مطرح می کنند،تکنولوژی جوش لیزر به عنوان زمان نیاز به ظهور و مترادف با اتصال با دقت بالا و قدرت بالا شددر ابتدا ، این ماده عمدتاً برای مواد دارای دیواره نازک و جوش با سرعت پایین استفاده می شد. با گرم کردن سطح قطعه کار با تشعشعات لیزر ، ماده به صورت یک استخر ذوب شده خاص ذوب می شد.بعد از دهه ها توسعه، جوش لیزر از آزمایشگاه به کاربردهای گسترده صنعتی منتقل شده است، توانایی های فوق العاده ای را در زمینه هایی مانند تولید خودرو، هوافضا و تجهیزات الکترونیکی نشان می دهد..این مقاله اصول فنی جوش لیزر را به طور عمیق بررسی می کند و از طریق داده های مقایسه ای مزایای قابل توجهی از نظر محکم بودن آن را نشان می دهد.

اصل فنی: تفاوت اساسی در تراکم انرژی
تفاوت اساسی بین جوش لیزر و جوش معمولی در مکانیسم انتقال انرژی است که به طور مستقیم عملکرد مقاومت نهایی مفصل جوش را تعیین می کند.جوش لیزر از یک پرتو لیزر با چگالی انرژی بالا به عنوان منبع گرما استفاده می کنداز طریق تمرکز دقیق، آن را تولید تراکم قدرت تا 106-108 وات / cm2 در یک منطقه کوچک با قطر تنها 0.2-1.0mm.این تراکم انرژی فوق العاده بالا به مواد فلزی اجازه می دهد تا در عرض میلی ثانیه به نقطه ذوب خود برسند، تشکیل یک استخر ذوب شده، در حالی که مناطق مجاور تقریباً تحت تأثیر گرما قرار نمی گیرند. جوش لیزر را می توان بر اساس چگالی های مختلف قدرت به دو حالت اساسی طبقه بندی کرد:

جوش رسانای حرارتی: تراکم قدرت در محدوده 104-105 W / cm2 است ، با عمق نفوذ کم و سرعت جوش آهسته.
جوش نفوذ عمیق: تراکم قدرت می تواند تا 105-107 وات / سانتی متر برسد.ساخت یک بخیه جوش با نسبت عمق به عرض بزرگ (تا 10:1) ، و سرعت جوش سریع است
در مقابل ، جوش قوس معمولی (مانند MIG / MAG) به رسانایی حرارتی قوس متکی است ، با منبع حرارتی پراکنده. عرض قوس معمولاً بیش از 6 میلی متر است ، منطقه تحت تأثیر گرما بزرگ است ،و چگالي انرژي فقط يک کسري از جوش ليزري استاین تفاوت اساسی در تراکم انرژی به طور مستقیم منجر به تفاوت های قابل توجهی بین دو نوع روش جوش در مورفولوژی جوش، اندازه منطقه تحت تاثیر گرما و میکروساخت می شود.

2عملکرد مقاومت: تفاوت در یکپارچگی ساختاری
مزیت مقاومت جوش لیزر نه تنها در سطح نظری منعکس می شود بلکه در تعداد زیادی از شیوه های صنعتی نیز تأیید شده است.مقاومت کششی سقف های جوش داده شده با لیزر می تواند بیش از ۹۰ درصد از مواد اولیه را به خود اختصاص دهد.، افزایش سفتی کلی سقف به میزان 30 درصد این جهش در شدت ناشی از اثر ترکیبی عوامل متعدد است:

بخیه جوش کثیف مستمر: جوش لیزر یک بخیه جوش مستقیم مستمر را تشکیل می دهد ، در حالی که جوش نقطه ای فقط نقاط جوش جداگانه را به هم متصل می کند.جوش های مستمر مشکل غلظت تنش را در منطقه فاصله جوش نقطه ای از بین می برددر آزمایش های بار پویایی، مفاصل جوشیده با لیزر طول عمر خستگی بیشتری را نشان می دهند و به ویژه برای قطعات تحت فشار ارتعاش مناسب هستند.
اثر تقویت دانه های نازک: روند خنک شدن و جامد شدن سریع جوش لیزر (با سرعت خنک شدن تا 1000 ° C / s) به طور قابل توجهی اندازه دانه های فلز جوش را بهبود می بخشد.علم مواد ثابت کرده است که ساختارهای ذرات نازک نه تنها قدرت را افزایش می دهند بلکه مقاومت و مقاومت در برابر ترک را نیز بهبود می بخشندبا این حال، سرعت خنک شدن جوش معمولی نسبتا آهسته است و خشکی دانه ها آشکار است، به ویژه در منطقه گرمایی که در آن فاز های شکننده تمایل به رخ دادن دارند.
خلوص متالورژیک: جوش لیزر تحت حفاظت از گاز بی اثر انجام می شود، به طور موثر هوا را جدا می کند و ضمیمه های اکسیداسیون را کاهش می دهد."تأثير سوراخ قفل" در جوش نفوذ عمیق باعث فرار گاز ها و ناخالصی ها می شود.از نظر تجربی داده ها نشان می دهد که حفره پذیری جوش لیزر تنها حدود یک سوم از جوش معمولی است.
3کیفیت جوش: یک مزیت قابل توجهی از کنترل دقیق
جوش لیزر یک پیشرفت انقلابی در کیفیت جوش ایجاد کرده است که مستقیماً قابلیت اطمینان و دوام قطعات اتصال را تعیین می کند.مزایای کیفیت آن در پنج ابعاد کلیدی منعکس می شود:

دقت هندسی: پرتو لیزر به طور دقیق توسط سیستم نوری هدایت و متمرکز می شود. عرض جوش را می توان در عرض 2 میلی متر کنترل کرد و صافی سطح می تواند به ± 0.1 میلی متر برسد.از بین بردن نیاز به درمان بعدی خرد کردنعرض جوش جوش قوس معمولی معمولا بیش از 6 میلی متر است، با یک سطح نابرابر که نیاز به فرآیندهای تکمیل اضافی دارد.این مزیت دقت باعث می شود جوش لیزر یک انتخاب ایده آل برای تولید دقیق قطعات میکروالکترونیک باشد، دستگاه های پزشکی و غیره
کنترل تغییر شکل حرارتی: ورودی حرارت جوش لیزر تنها یک سوم از جوش نقطه ای معمولی است.و عرض منطقه گرمایش تحت کنترل در محدوده 0.1 تا 1.0mm. منطقه گرمایی آسیب دیده از جوش معمولی می تواند به 2-5mm برسد، که منجر به تغییر گرما شدید می شود.داده های تولید خودرو نشان می دهد که انحراف ابعاد سقف های جوش شده با لیزر 70 درصد کمتر از سقف های جوش شده نقطه ای است، که به طور قابل توجهی دقت مونتاژ بدن خودرو را بهبود می بخشد.
کنترل نقص: فرآیند ذوب و جامد شدن سریع جوش لیزر نقص هایی مانند منافذ و ترک ها را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.با کنترل دقیق شکل موج پالس و پارامترهایدر مقابل، نرخ نقص جوش معمولی معمولاً 2 تا 3 برابر بیشتر است و نیاز به بازرسی و کار مجدد دقیق تر دارد.
عملکرد مهر و موم: خیاط جوش لیزر مداوم یک مانع ضد آب کامل را تشکیل می دهد. در آزمایش باران خودرو، نشت سقف جوش لیزر کمتر از 5 میلی لیتر در دقیقه بود.که بسیار کمتر از بیش از 20ml/min از فرآیند جوش نقطه ای بوداین ویژگی باعث می شود جوش لیزر برای قطعات با نیازهای محکم مهر و موم مانند سقف های پانورامیک و مخازن سوخت مورد نظر باشد.
کیفیت ظاهر: بخیه جوش لیزر صاف و مسطح است، بدون مشکل سوراخ شدن جوش نقطه ای سنتی (عمق 0.1-0.3 میلی متر) ، که سطح پایه پوشش بهتری را برای بدن خودرو فراهم می کند.در صنایع لوازم خانگی و تزئینات پیشرفته، این مزیت به طور مستقیم ارزش زیبایی شناسی و کیفیت سطح محصولات را افزایش می دهد.
4سازگاری مواد: یک پیشرفت در اتصالات ناهمگن
جوش لیزر انعطاف پذیری فوق العاده ای در سازگاری مواد را نشان می دهد و مشکل اتصال مواد متفاوت را که در جوش سنتی دشوار است حل می کند.مزاياي منحصر به فردش در:

پردازش مواد با نقطه ذوب بالا: تراکم انرژی بالا لیزرها می تواند فلزات آتش شکن را که با منابع گرما سنتی سخت است، ذوب کند. به عنوان مثال،لیزرها با موفقیت برای اتصال مواد با قدرت بالا مانند آلیاژ تیتانیوم و آلیاژ مولیبدن استفاده شده اندکه ارزش قابل توجهی در زمینه هوافضا دارد.
اتصال متایل متفاوت: جوش لیزر می تواند به اتصال مواد متفاوت مانند مس-الومینیوم و فولاد-الومینیوم که با روش های سنتی دشوار است، منجر شود.با کنترل دقیق ورودی گرما و مورفولوژی حوضچه ذوب شدهدر تولید باتری های خودروهای انرژی جدید،جوش لیزر با موفقیت مشکل صنعت اتصال صفحات مس و آلومینیوم را حل کرده است.
پردازش مواد ویژه: جوش لیزر در اتصال مواد فلزات پودری عملکرد فوق العاده خوبی دارد.روش های جوشکاری سنتی برای دست زدن به مواد فلز سازی پودر دشوار است، در حالی که پرتو لیزر می تواند به دقت کنترل ورودی حرارت و جلوگیری از رشد غلات بیش از حد در بدن سینتر شده.جوش لیزر همچنین به طور گسترده ای برای اتصال دقیق مواد غیر فلزی مانند کوارتز و سرامیک استفاده می شود.
جوش مواد پوشش:ویژگی ورودی گرمای پایین جوش لیزر می تواند روکش های ضد خوردگی مانند روکش های گالوانیزه و آلومینیزه را در سطح قطعه کار تا حد ممکن حفظ کند، در حالی که جوش نقطه ای معمولی به پوشش آسیب می رساند و منجر به کاهش عملکرد ضد خوردگی می شود.آزمایشات در صنعت خودرو نشان داده است که مقاومت در برابر خوردگی ورق گالوانیزه جوش لیزر بیش از پنج برابر بالاتر از آن است که از نقطه جوش.
با این حال، جوش لیزر محدودیت های خاصی برای مواد بسیار بازتاب دهنده مانند آلیاژ های مس خالص و آلومینیوم دارد.این مواد دارای بازتاب لیزری تا 95٪ در حالت جامد هستند و نیاز به کنترل فرآیند خاص دارندعلاوه بر این، برای مواد با نقطه ذوب و جوش نزدیک به یکدیگر (مانند کروم و تانتالوم)پنجره پارامتر جوش باریک است و نیاز به کنترل دقیق برای جلوگیری از تبخیر و سوراخ کردن دارد.

توسعه تکنولوژیک هیچ محدودیتی را نمی شناسد. جوش لیزر و روش های جوش سنتی در صنعت تولید آینده همزیستی و مکمل یکدیگر خواهند بود.اما شکی نیست که در مسیر ارتقاء تولید در پی قدرت بیشتر، وزن کمتر و عملکرد بهتر، جوش لیزر به یکی از فناوری های کلیدی تبدیل شده است که آینده را روشن می کند.