يبحث
أغلق مربع البحث هذا.

ما هو اللحام بالليزر؟

ما هو اللحام بالليزر

ما هو اللحام بالليزر؟

اللحام بالليزر هو عملية تستخدم شعاع ليزر عالي الدقة لربط المعادن أو اللدائن الحرارية معًا لتشكيل اللحام. كمصدر للحرارة المركزة ، يمكن لحام الليزر لحام المواد الرقيقة بسرعات لحام عالية. ومع ذلك ، في المواد السميكة ، يمكن إنتاج لحامات ضيقة وعميقة بين الأجزاء ذات الحواف المربعة.
جدول المحتويات
آلة لحام الليزر

ما هو اللحام بالليزر؟

اللحام بالليزر أو اللحام بشعاع الليزر (LBW) هو عملية تستخدم مصدر حرارة مركزًا على شكل ليزر لإذابة المواد التي تندمج أثناء تبريدها. يعد اللحام بالليزر عملية متعددة الاستخدامات لأنه يمكنه لحام المواد الرقيقة بسرعة أثناء تشكيل اللحامات الضيقة والعميقة على المواد السميكة.
يستخدم اللحام بالليزر شعاع ليزر عالي الدقة لصهر المعادن واللدائن الحرارية ، وبالتالي فإن دقة العملية ودقتها تؤدي إلى تشويه حراري منخفض ، مما يجعلها مثالية للمواد الحساسة للحام. عادة ما تكون هذه العملية آلية ، مما يسمح بمعدلات لحام عالية.
بينما تكلف آلات اللحام بالليزر أكثر من عمليات اللحام التقليدية ، فإن تكاليف التشغيل أقل لأن اللحام بالليزر لا يتطلب بالضرورة مواد حشو إضافية وما بعد المعالجة. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح سرعات اللحام العالية بإنتاج المزيد من الأجزاء في الساعة. تختلف تقنية اللحام بالليزر بشكل كبير عن عمليات اللحام بالقوس التقليدية مثل TIG و MIG و SMAW. تستخدم تطبيقات اللحام الحديثة روبوتات قابلة للبرمجة مع بصريات متقدمة لتحديد منطقة في قطعة العمل.
آلة لحام الليزر

أنواع اللحام بالليزر

يعمل اللحام بالليزر في وضعين مختلفين: اللحام بالتوصيل الحراري ولحام الفتحات العميقة. لديهم جميعًا مبادئ تشغيل فريدة مناسبة لتطبيقات محددة ، وسيعتمد الوضع الذي يتفاعل فيه شعاع الليزر مع المادة التي يتم لحامها على كثافة الطاقة التي يضرب بها الشعاع قطعة الشغل.

لحام التوصيل الحراري

في هذه الطريقة ، يتم استخدام شعاع ليزر مركز لإذابة سطح الركيزة. تتم هذه العملية بشكل عام باستخدام ليزر منخفض الطاقة أقل من 500 واط وتستخدم بشكل أساسي لإنتاج اللحامات التي لا تتطلب قوة لحام عالية. عندما يبرد المفصل ويتصلب ، فإنه ينتج لحامًا دقيقًا وسلسًا. لا تتطلب اللحامات التي تم إنشاؤها باستخدام طرق نقل الحرارة عمومًا أي تشطيب إضافي وهي جاهزة للاستخدام.
في طرق اللحام بالتوصيل الحراري ، تدخل الطاقة إلى منطقة اللحام فقط عن طريق التوصيل الحراري ، مما يحد من عمق اللحام ، وبالتالي فإن العملية مثالية لربط المواد الرقيقة. غالبًا ما يستخدم هذا النوع من اللحام في اللحامات المرئية حيث تكون الجماليات مطلوبة.
هناك فئتان فرعيتان من اللحام بالتوصيل الحراري:
  • التسخين المباشر - القدرة على تطبيق شعاع الليزر مباشرة على سطح معدني.
  • نقل الطاقة - يتم تطبيق الحبر الامتصاصي على التماس لامتصاص الطاقة المطبقة بواسطة شعاع الليزر.

لحام حفرة عميقة

يؤدي تشغيل العملية في وضع اللحام ذي الفتحة العميقة إلى إنتاج لحامات عميقة وضيقة ذات هيكل موحد. خلال هذه العملية ، يقوم شعاع الليزر بتسخين المعدن بطريقة تتبخر من سطح التلامس ويخترق المعدن بعمق. لا يؤدي ذلك إلى إذابة المعدن فحسب ، بل يبخره أيضًا ، مما يؤدي إلى تكوين تجويف ضيق مملوء بالبخار يسمى تجويف ثقب المفتاح أو أنبوب شعري بخاري. عندما يمر شعاع الليزر عبر قطعة العمل ، فإنه يملأ بالمعدن المنصهر. لحام ثقب المفتاح هو عملية عالية السرعة ، لذلك ، يتم تقليل تشوه وتشكيل المنطقة المتأثرة بالحرارة إلى الحد الأدنى.
آلة لحام الليزر

عملية اللحام بالليزر

يعمل اللحام بالليزر باستخدام ليزر عالي الكثافة لتسخين الوصلة بين سطحين معدنيين. سوف تذوب المادة عند اللحامات وتسمح بالاندماج بين المعادن أثناء تصلبها.
يتم إجراء اللحام بالليزر عادةً بواسطة روبوتات اللحام التي يمكنها استخدام كميات كبيرة من الطاقة بسرعة عالية وبدقة ، مسترشدة بألياف بصرية مرنة. ينتج عن ذلك صهر كمية كافية من المعدن في المفصل لإنتاج لحام ضيق بأقل قدر من التشويه. تعد آلات اللحام بالليزر المحمولة بديلاً رائعًا للآلات الصناعية الضخمة ، ولكن يمكن تحدي سلامة عمال اللحام بالليزر وتتطلب ارتداء معدات واقية متخصصة.
يمكن إجراء عملية اللحام في ظل الظروف الجوية ، ولكن بالنسبة للمواد الأكثر تفاعلية ، يوصى باستخدام درع غاز خامل للقضاء على مخاطر التلوث. على غرار اللحام بشعاع الإلكترون ، يمكن إجراء اللحام بالليزر في فراغ ، ولكن لم يكن يعتبر مجديًا اقتصاديًا. لذلك ، فإن أجهزة اللحام بالليزر مجهزة بفوهات غاز تزود منطقة اللحام بالغاز الخامل.
لا تتطلب العديد من تطبيقات اللحام بالليزر مواد حشو إضافية. ومع ذلك، تتطلب بعض المواد والتطبيقات الصعبة مواد حشو لإنتاج لحامات مُرضية. تؤدي إضافة مادة الحشو إلى تحسين شكل اللحام، وتقليل التشقق المتصلب، وإضفاء خصائص ميكانيكية أفضل على اللحام، والسماح بتركيب مفصل أكثر دقة. يمكن أن تكون مادة الحشو على شكل مسحوق أو سلك حشو. ومع ذلك، نظرًا لأن المسحوق عمومًا أكثر تكلفة بالنسبة لمعظم المواد، فمن الشائع استخدام مخزون الأسلاك. الأنواع الأربعة الأكثر شيوعًا للمفاصل المستخدمة في اللحام بالليزر هي اللحامات التناكبية، واللحامات الحافة، واللحامات اللفة الحشوية، واللحامات اللفة.
يمكن إجراء اللحام بالليزر على مجموعة متنوعة من المواد المعدنية ، بما في ذلك الفولاذ الطري والفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم والتيتانيوم وغيرها. لا يُنصح عمومًا باللحام بالليزر للفولاذ عالي الكربون بسبب سرعة التبريد والميل إلى التصدع.
آلة لحام الليزر

نوع الليزر

ماكينات اللحام بالليزر لعمليات اللحام تنقسم بشكل أساسي إلى 3 أنواع: ليزر الغاز (CO2) ، ليزر الحالة الصلبة ، وليزر الألياف.

ليزر الغاز (CO2)

مصدر ليزر ثاني أكسيد الكربون عبارة عن غاز مختلط ، حيث يعتبر ثاني أكسيد الكربون المكون الرئيسي ، بالإضافة إلى وجود النيتروجين والهيليوم. يمكن تشغيل هذه الليزرات في الوضع المستمر أو النبضي عند التيارات المنخفضة والجهد العالي لإثارة جزيئات الغاز. يتم استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون أيضًا في حالات خاصة مثل اللحام بالليزر ثنائي الشعاع ، حيث يتم إنشاء شعاعين وترتيبهما في سلسلة أو جنبًا إلى جنب.

ليزر الحالة الصلبة

تستخدم ليزر الحالة الصلبة تقنية الحالة الصلبة المضغوطة بصمام الصمام الثنائي (DPSS) لضخ المعادن مثل الياقوت أو الزجاج أو الإيتريوم والألمنيوم والعقيق (YAG) أو بلورات الإيتريوم فانادات (YVO4) من خلال ثنائيات الليزر لإنتاج ضوء الليزر. تعمل هذه الليزرات في موجة مستمرة أو وضع شعاع نابض. ينتج وضع النبض مفصلًا مشابهًا للحام الموضعي ولكن مع اختراق كامل. بالمقارنة مع الليزرات الليفية الحديثة ، فإن هذا النوع من الليزر له العديد من العيوب ، لكن لا يمكننا إنكار أن ليزر الحالة الصلبة لا يزال يتمتع باستقرار وجودة شعاع ممتازين بالإضافة إلى كفاءة عالية.
الليزر القائم على أشباه الموصلات موجود أيضًا في الحالة الصلبة ولكنه يعتبر بشكل عام فئة مختلفة عن ليزر الحالة الصلبة. تعتبر أجهزة الليزر هذه جيدة فقط للمشاريع الصغيرة الأرخص. ومع ذلك، يتم استخدامها أحيانًا عند اللحام في المناطق التي يصعب الوصول إليها لأن المعدات أكثر إحكاما. جودة الشعاع أقل بكثير من أنواع الليزر الأخرى، لذلك فهو غير شائع في البيئات الصناعية.

ليزر الألياف

تعد الليزرات الليفية فئة جديدة من ليزرات الحالة الصلبة توفر طاقة ليزر أعلى وجودة أفضل وتشغيلًا أكثر أمانًا. في ليزر الألياف ، يتم إنتاج شعاع الليزر عندما تمتص الألياف الضوء الخام من الصمام الثنائي ليزر المضخة. لتحقيق هذا الانتقال ، يتم تخدير الألياف بعناصر أرضية نادرة. من خلال استخدام عناصر المنشطات المختلفة ، من الممكن توليد أشعة ليزر بمجموعة واسعة من الأطوال الموجية ، مما يجعل ليزر الألياف مثاليًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات ، بما في ذلك اللحام بالليزر والقطع بالليزر. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن استخدام رؤوس القطع بالليزر القياسية في اللحام ، ولا يمكن لرؤوس اللحام بالليزر تلبية متطلبات سرعة القطع والجودة لمعظم التطبيقات الصناعية.
آلة لحام الليزر

ما هي إرشادات السلامة لاستخدام اللحام بالليزر؟

على الرغم من أن ماكينة اللحام بالليزر المحمولة سهلة الاستخدام وتحتوي على ميزات أمان مدمجة ، فمن المهم أن تتذكر أنها قطعة قوية من المعدات الصناعية. عند العمل على آلة لحام بالليزر ، ضع في اعتبارك أن شعاع الليزر يمكن أن يشكل خطورة على الجسم والعينين. أشعة اللحام بالليزر هي ضوء غير مرئي ، لذلك لا يمكنك الاعتماد على الإشارات المرئية للسلامة.
على الرغم من أن آلات اللحام بالليزر هي ليزر من الفئة الرابعة وأن ميزات السلامة مدمجة في النظام ، إلا أن متطلبات سلامة اللحام التقليدية تحتاج أيضًا إلى التنفيذ عند إنشاء برنامج أمان الليزر. فيما يلي بعض القواعد العامة التي يجب اتباعها:
  • ارتدِ ملابس غير قابلة للاشتعال أو أكمام طويلة أو بدلة لحام. يجب على أي شخص في منطقة يتم التحكم فيها بالليزر استخدام معدات الحماية الشخصية ، بما في ذلك نظارات السلامة بالليزر المناسبة لنوع الليزر وخوذة اللحام التقليدية.
  • يرجى اتباع إجراءات سلامة التشغيل ، مع الأخذ في الاعتبار أن ضوء الليزر قد ينعكس.
  • لا تقم مطلقًا بتشغيل آلة لحام بالليزر المحمولة حتى تكون على دراية كاملة بمتطلبات وإجراءات السلامة الموثقة في دليل المعدات المقدم من قبل الشركة المصنعة.
تغذية الأسلاك التلقائية

مزايا اللحام بالليزر

  • جودة لحام ممتازة بسبب مدخلات الحرارة المنخفضة والتحكم الدقيق في طاقة الليزر.
  • سرعة لحام عالية وتكلفة منخفضة للوحدة.
  • تشكل أعماق اللحام الأكبر حجمًا من اللحامات عالية القوة.
  • يسمح بتركيبات مواد اللحام التي لا يمكن ربطها بطرق أخرى.
  • تسمح معدات اللحام البسيطة باللحام في ظل ظروف خاصة.
آلة اللحام بالليزر مغذي الأسلاك الأوتوماتيكية

عيوب اللحام بالليزر

  • الاستثمار الأولي مرتفع.
  • تتطلب التحمل الضيق ملاءمة مثالية لقطعة العمل ومحاذاة ليزر.
  • يمكن أن تنتج المواد ذات الانعكاسية العالية والتوصيلية (الألومنيوم والنحاس) نتائج لحام معقدة (في حالة ليزر ثاني أكسيد الكربون).
  • قد يؤدي التصلب السريع إلى المسامية والهشاشة.
  • تعد بصريات الليزر هشة للغاية ويمكن أن تتلف بسهولة.
عينة اللحام بالليزر

اللحام الهجين بالليزر

يجمع اللحام الهجين بالليزر بين طرق اللحام للقوس الكهربائي وشعاع الليزر. تعمل طريقتا اللحام في نفس منطقة اللحام في نفس الوقت ، وبالتالي فإن تأثير اللحام له مزايا اللحام بالقوس وشعاع الليزر ، مما يخلق عملية لحام فريدة. على الرغم من أنه يمكن استخدام اللحام بالليزر جنبًا إلى جنب مع أي عملية لحام بالقوس الكهربائي تقريبًا ، إلا أن هناك عددًا قليلاً من العمليات التي تبرز وتستخدم بشكل أكثر شيوعًا.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من اللحام الهجين بالليزر:
  • اللحام الإضافي MIG (غالبًا ما يكون مرادفًا للحام الهجين بالليزر)
  • اللحام الإضافي TIG
  • لحام قوس البلازما
توفر عملية اللحام الهجين اختراقًا عميقًا للحام بالليزر وملفًا شخصيًا لغطاء اللحام يمكن مقارنته بعمليات اللحام بالقوس الكهربائي. يسمح استخدام غاز التدريع ومستهلكات اللحام بالقوس الكهربائي بتحكم أفضل في خصائص اللحام من اللحام بالليزر نفسه. يعد اللحام الهجين بالليزر بلا شك عملية ناشئة سيتم استخدامها أكثر فأكثر في بناء السفن والسكك الحديدية وصناعات السيارات ومشاريع لحام خطوط الأنابيب الكبيرة في المستقبل.

أسئلة مكررة

هل يحتاج اللحام بالليزر إلى الغاز؟
يمكن إجراء الليزر بالغاز أو بدونه ، اعتمادًا على التطبيق والمادة التي يتم لحامها. في بعض الحالات ، يمكن استخدام غاز التدريع مثل الأرجون أو الهيليوم أو النيتروجين لتكوين جو درع حول منطقة اللحام. هذا مهم بشكل خاص عند لحام المواد الحساسة للأكسدة مثل التيتانيوم أو الألومنيوم. يعتمد نوع الغاز المستخدم على المادة التي يتم لحامها وعملية اللحام والمعدات المستخدمة.
في بعض الحالات ، يمكن استخدام خليط الغاز لتحقيق تأثير لحام محدد. على سبيل المثال ، يمكن استخدام خليط من الهيليوم والأرجون في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ ، بينما غالبًا ما يستخدم النيتروجين في لحام الألومنيوم. يعد استخدام الغاز جانبًا مهمًا من جوانب اللحام بالليزر ويساهم في جودة وموثوقية اللحام.
نعم، يعتبر اللحام بالليزر طريقة لحام قوية وموثوقة. يستخدم اللحام بالليزر شعاع ليزر عالي التركيز لإذابة الأسطح المعدنية ودمجها لتكوين رابطة قوية وعالية الجودة. تتركز الحرارة الناتجة عن شعاع الليزر عالي الطاقة بشكل كبير، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من التشوه ومنطقة ضيقة جدًا متأثرة بالحرارة.
تعتمد قوة اللحام بالليزر على مجموعة متنوعة من العوامل ، بما في ذلك نوع المعدن الذي يتم لحامه وعملية اللحام المحددة المستخدمة. يجب التحكم بعناية في معلمات التحضير واللحام المناسبة مثل طاقة الليزر والسرعة ومدة النبض لضمان لحام قوي وموثوق. بشكل عام ، يعتبر اللحام بالليزر فعالًا بشكل خاص في لحام المواد الرقيقة لأنه يقلل من الحرارة والتشوه الناتج أثناء عملية اللحام.
يشيع استخدام اللحام بالليزر في التطبيقات التي تكون فيها القوة والدقة أمرًا بالغ الأهمية ، مثل صناعة الطيران والسيارات والأجهزة الطبية. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن قوة اللحام تعتمد أيضًا على تصميم وتنفيذ اللحام المناسبين ، لذلك من الأهمية بمكان إشراك عمال اللحام والمهندسين ذوي الخبرة في هذه العملية.

اللحام بالليزر هو طريقة لحام عالية الدقة يمكن استخدامها لربط العديد من أنواع المعادن المختلفة ، بما في ذلك:

  • الفولاذ: يستخدم اللحام بالليزر بشكل شائع للحام درجات مختلفة من الفولاذ ، بما في ذلك الفولاذ الطري والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ عالي القوة لأنه يمكن أن يوفر لحامات عالية الجودة مع مدخلات حرارة منخفضة.
  • الألمنيوم: اللحام بالليزر طريقة فعالة في لحام الألمنيوم بسبب انعكاسيته العالية والتوصيل الحراري.
  • النحاس: يعد اللحام بالليزر فعالًا أيضًا في لحام النحاس والنحاس الأصفر ، بينما يصعب لحام النحاس بتقنيات اللحام التقليدية ، وغالبًا ما يتم استخدامها في تطبيقات الإلكترونيات والسباكة.
  • التيتانيوم: غالبًا ما يستخدم اللحام بالليزر في لحام التيتانيوم بسبب نقطة انصهاره العالية والتفاعلية.
  • الذهب والفضة: يمكن أيضًا استخدام اللحام بالليزر في لحام المعادن الثمينة مثل الذهب والفضة ، والتي غالبًا ما تستخدم في صناعة المجوهرات وغيرها من التطبيقات المتطورة.
  • النيكل وسبائكه: يمكن استخدام اللحام بالليزر في لحام النيكل وسبائكه ، مثل Inconel ، والذي يستخدم غالبًا في الفضاء والتطبيقات الأخرى عالية الأداء.
  • المغنيسيوم: المغنيسيوم معدن خفيف يمكن لحامه باستخدام الليزر ، خاصة في صناعات السيارات والطيران.

اللحام بالليزر هو طريقة لحام متعددة الاستخدامات يمكن استخدامها للانضمام إلى مجموعة متنوعة من المعادن ، الحديدية وغير الحديدية. ومع ذلك ، فإن الملاءمة الدقيقة للحام بالليزر لمعدن معين ستعتمد على الخصائص المحددة للمعدن ومتطلبات تطبيق اللحام.

بشكل عام ، لا يستخدم اللحام بالليزر سلك اللحام. على عكس الأنواع الأخرى من عمليات اللحام مثل MIG (غاز خامل معدني) أو لحام TIG (غاز التنغستن الخامل) ، لا يتطلب اللحام بالليزر مادة حشو مثل سلك اللحام لربط قطعتين من المعدن معًا. يستخدم اللحام بالليزر شعاع ليزر مركزًا عالي الكثافة لصهر وربط قطعتين من المعدن معًا. عادة ما تكون الحرارة الناتجة عن شعاع الليزر كافية لصهر المعدن بدون مادة لحام إضافية.
ومع ذلك ، في بعض الحالات ، يمكن إضافة كمية صغيرة من مادة الحشو إلى المفصل لزيادة قوته أو للمساعدة في سد الفجوة بين الجزأين المتصلين. عادة ما تكون مادة الحشو هذه في شكل سلك أو مسحوق ويتم إضافتها إلى المفصل عن طريق عملية يدوية أو آلية. بالإضافة إلى ذلك ، قد تستخدم بعض تقنيات اللحام بالليزر ، مثل اللحام بالليزر الهجين ، سلك اللحام لإنشاء قوس أكثر ثباتًا وتقليل تناثر السوائل.

اللحام بالليزر هو عملية مستخدمة على نطاق واسع في مختلف الصناعات بما في ذلك السيارات والفضاء والصناعات الطبية. على الرغم من أن اللحام بالليزر له العديد من المزايا مثل الدقة العالية والسرعة والتشوه الصغير ، إلا أن هناك أيضًا بعض العيوب المحتملة في عملية اللحام. تتضمن بعض عيوب اللحام بالليزر ما يلي:

  • المسامية: تكون فراغات أو مسام صغيرة في مادة اللحام ، بسبب الغازات المحتبسة أثناء عملية اللحام ، والتي يمكن أن تضعف الوصلة الملحومة وتقلل من قوتها.
  • الشقوق: يمكن أن ينتج عن اللحام بالليزر منطقة شديدة التركيز متأثرة بالحرارة ، مما قد يؤدي إلى تكسير المادة الملحومة ، خاصةً إذا كانت المادة ذات معامل تمدد حراري مرتفع أو كانت سرعة اللحام بطيئة جدًا.
  • اندماج غير كامل: يؤدي عدم كفاية طاقة الليزر لإذابة المعدن الأساسي أو معدن الحشو بشكل كامل إلى اندماج غير كامل للحام ، مما يؤدي إلى ضعف أو مفصل غير مكتمل.
  • القطع: يمكن أن يتسبب الانصهار المفرط للمادة الأساسية في حدوث أخاديد أو شقوق على حافة اللحام ، مما يضعف قوة المفصل.
  • الاعوجاج: يولد اللحام بالليزر قدرًا كبيرًا من الحرارة ، مما يتسبب في تمدد مادة اللحام وانقباضها. يمكن أن يتسبب ذلك في حدوث تشوه أو تشوه للمواد الملحومة ، مما قد يؤثر على دقة الأبعاد وجودة المنتج ، خاصة بالنسبة للمواد الرقيقة أو الهشة.
  • الأكسدة: يمكن أن يؤدي التعرض للأكسجين أثناء اللحام بالليزر إلى أكسدة المادة الأساسية ، مما يؤدي إلى ضعف المفاصل وتقليل مقاومة التآكل.
  • الحساسية لتجميع المفصل: يتطلب اللحام بالليزر محاذاة دقيقة للجزءين اللذين يتم لحامهما. أي اختلال أو اختلاف في أبعاد الفجوة سيؤثر على جودة اللحام.

لتقليل هذه العيوب ، يجب تحسين معلمات عملية اللحام بالليزر ، بما في ذلك طاقة الليزر وسرعة اللحام وتركيز الحزمة ، واستخدام مواد حشو مناسبة وغازات التدريع. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تساعد المعالجة المناسبة للسطح وتصميم الوصلات والمعالجة الحرارية بعد اللحام أيضًا في تقليل حدوث عيوب اللحام بالليزر.

لخص

يستخدم اللحام بالليزر في اللحام عالي الدقة ولأنه لا يستخدم أي أقطاب كهربائية ، فإن نتيجة اللحام النهائية ستكون خفيفة ولكنها قوية. الاستثمار الأولي باهظ الثمن ، لكن جودة وخصائص اللحام بالليزر لا يمكن تكرارها بسهولة. نظرًا لأن الليزر أصبح أكثر قوة وكفاءة في استخدام الطاقة ، فإن مستقبل اللحام بالليزر يبدو مشرقًا!
AccTek
معلومات الاتصال
احصل على حلول الليزر