تبلیغات
مهندسی جوشکاری - جوشکاری لیزری
 
چهارشنبه 29 آذر 1391 :: نویسنده : وحید فلاح
مقدمه:

كشف لیزر در سال 1960 م (1339 ه.ش) ابزار جدیدی و پرقدرتی را در اختیار دانشمندان قرار داد كه كمك بزرگی در امر تحقیقات نمود و كاربردهای علمی فراوانی را در صنایع بوجود آورد.كاربرد لیزر شامل گستره ای وسیع از پزشكی تا مهندسی و از تجزیه شمیایی تا مخابرات را در برگرفت و جای خود را در صنایع به خوبی باز كرد.با پیشرفت روز افزون فرآیندهای جوشكاری به خصوص در صنایع فضایی، نظامی، هسته ای و صنایع سنگین استفاده از فلزات و آلیاژهای سخت، حساس و در این حال سبك را در اتصالات جوشی میسر ساخته است.مزیت خاص جوشكاری لیزری نسبت به روشهای معمولی دیگر كیفیت بالای جوش از لحاظ ناخالصی و خواص بالای فیزیكی مكانیكی اتصال میباشد. مسئله مهم در جوشكاری لیزری این است كه توان فراهم شده باید برای ذوب ماده كافی باشد ولی نباید موجب تبخیر آن گردد. در نتیجه جوشكاری برروی موادی نظیر كرم و تانتالوم كه نقاط ذوب و جوش آنها بهم نزدیكند، بسیار مشكل است. و در هنگام جوشكاری این نوع مواد كنترل دقیق توان باریكه برای بدست آوردن یك جوش خوب لازم و ضروری بنظر میرسد.برعكس فاصلة بین نقاط ذوب و جوش موادی نظیر طلا, مس و نیكل بسیار زیاد است در نتیجه جوشكاری آنها نیز ساده تر خواهد بود.

برای مشاهده ی کامل مطلب بر روی ادامه ی مطلب کلیک نمایید.

پارامترهای مهم جوشكاری لیزری قطر نقطعة پرتو لیزر و عدد F:

قطر پرتو خروجی لیزر با افزایش توان لیزر افزایش می یابد، برای مثال لیزرهای 1، 15، 10 و kw25 دارای قطر پرتویی به ترتیب 10، 25، 40 و mm70 میباشند.میانگین چگالی توان در این قطرها 6 تاw/mm2 13 میباشد. تمركزهای واقعی توان مطابق با مد پرتو توزیع شده میباشد. جوشكاری لیزری برای ایجاد keyhole چگالی توانی بین 103- w/mm2 105 مورد نیاز است. پس تمركز پرتو خروجی لیزر به یك نقطه بسیار كوچك فقط به اندازه كسری از یك میلیمتر در قطر محدود میشود. اما باید توجه داشت كه پرتو تقریباً موازی از یك لیزر را نمی توان قبل از واگرایی مجدد، در بی نهایت متمركز نمود.  اندازه نقطه متمركز شده بر حسب قطر پرتو لیزر، فاصله كانونی نور متمركز بكار رفته ، مد پرتو و زاویه واگرایی پرتو محاسبه میگردد (زاویه واگرایی زاویه ای است كه در آن پرتو لیزر تقریباً موازی به هنگام جدا شدن از لیزر منتشر میگردد). روشهای متعددی برای محاسبه اندازه نقطه متمركز یك پرتو لیزری برای تعیین چگالی توان پتانسیلی یك لیزر وجود دارد. اندازه گیریهای فیزیكی آسان نیستند، خصوصاً در توانهای بالا. چرا كه نیاز به تجهیزات عملی میباشد كه همیشه در دسترس نمی باشند. قطر نقطه متمركز برای اكثر لیزرهای Co2 خصوصاً با رزوناتورهای پایدار را میتوان از فرمول زیر بدست آورد:                                                                       قطر نقطه متمركز = طول موج نور لیزر بر حسب mmF= فاصله كانونی بر حسب mm از نور متمركز بكار رفته D= قطر پرتو لیزری بر حسب mm از نور نور متمركز بكار رفته M= شماره مد پرتو لیزركه واحد Decimal است.بعنوان مثال: مقدار m در TEM20 برابر 0.20 و در TEM01 برابر 0.01 می باشد.

مثال : یك لیزر Co2 ( با طول موج ) ب

ا یك مد پرتو TEM20 و قطر پرتو 38mm در نور متمركز همراه با فاصله كانونی 300mm ، قطر نقطة متمركزی به اندازه 0.29mm را بوجود می آورد:                                          لیزرهای جوشكاری Nd: YAG عموماً دارای زوایای واگرای پرتوی بزرگتری نسبت به لیزرهای Co2 می باشند. بنابراین نمی توان آنها را به چنین نقاط كوچكی بدون استفاده از یك Collimator ( موازی ساز) قبل از نور متمركز، متمركز نمود. اندازه تقریبی نقطة متمركز برای لیزرهای Nd: YAG معمولاً از فرمول زیر بدست می آید:                                                                                                         =  قطر نقطة متمركز  = زاویه واگرایی ( رادیان) پرتو لیزر هنگامی كه از لیزر یا موازی ساز جدا میشود. F= فاصلة كانونی برای عدسی ها (بر حسب mm).عدد F از تقسیم فاصله كانونی متمركز بر قطر پرتو لیزر اعمال شده بدست می آید.  اپتیكهای انتقالی (عدسی) و اپتیكهای انعكاسی (آیینه ها) برای پرتوهای لیزر متمركز بكار میروند.اگر چه قطر نقطة متمركز از پارامترهای مهم بشمار میروند اما پارامتر سودمند برای تمركز، عدد  f است كه در شرایط متفاوت جوشكاری كاربردی تر می باشد. عدد f به جز سرعت جوشكاری بهترین انتخاب در اندازة نقطة متمركز است. عدد f برای جوشكاری لیزری Nd: YAG ، 4 است و برای جوشكاری لیزری Co2 , 5/7 می باشد.

 

برای دستیابی به چگالی قدرت برای جوشكاری سوراخ كلیدی ( 103- w/mm2 105 ) انتخاب و حفظ نگهداری نقطة تمركز مهمترین كار است. بنابراین ضروری است كه در انتخاب مشخصه های اپتیكی نقطة تمركز برای تعیین اندازه نقطة تمركز دقت لازم وجود داشته باشد.وقتی كه تور متمركز شده است قبل از واگرایی مجدد، اشعه ها در یك قطر میانی كوچك (d) و طول مشخص (L) همگرا میشوند. اندازه دقیق كمترین قطر میانی و طول آن به نوع عدسی، فاصله كانونی (F)، قطر پرتوهای ورودی به عدسی (D) ، واگرا یا همگرایی پرتوها قبل از برخورد به عدسی، شماره TEM پرتوها و طول موج نور و قدرت لیزر بستگی دارد.هر چقدر عدد f كوچكتر باشد، قطر میانی پرتو  (d) و همچنین عمق تمركز تابش (L) كوچكتر خواهد شد و زاویه واگرایی بزركتر خواهد شد.D) قطر پرتو كه به عدسی تابیده است.) زاویه همگرایی پرتوF) فاصله كانونیL) عمق تمركز d) كمترین قطر میانیعددهای f كوچك اندازه نقطه تمركز كوچكتری را ایجاد میكند و بنابراین چگالیها قدرت بیشتری كه قادر است به سرعتهای بالاتری در جوشكاری برسیم، نسبت به عددهای f بزرگتر ایجاد میكند. در جوشكاری لیزر به این دلیل كه عرض جوشها باریكتر هستند، انطباق خط اتصال و پرتو لیزر بروی همدیگر بسیار مهم است. اگر عمق تمركز كوتاهتر باشد، تنظیم موقعیت نقطة تمركز را دشوارتر میكند و تلرانس كمتری برای تغییر نقطة تمركز خواهیم داشت. زاویة بزرگتر همگرایی پرتو ، توانایی پرتوهای لیزری را برای اتصال مطمئن و كم عرض كاهش میدهد. تجربة تعدادی از اپراتورهای لیزر Co2 و نیز تولید كنندگان تجهیزات لیزری نشان داده است كه عدد f در فاصلة 9-6 برای توانهای بیش از kw 10، بهترین شرایط جوشكاری را فراهم میكند. عددهای f بزرگتر از 10 معمولاً در یك نقطه كاملاً متمركز نیستند و نقطة بزرگتری ایجاد میكنند كه نیازمند لیزرهایی با توان بسیار بالا برای رسیدن به چگالی توان مورد نیاز در جوشكاری هستند.

عمق نقطة تمركز (Depth of focus)

همانطور كه در شكل قبل مشاهده میشود پرتوهای لیزر متمركز شده ، یك طول میانی و یك قطر مینیمم درد كه با افزایش f، بزرگتر میشوند. از آنجا كه نسبت طو میانی، عمق جوش را تعیین میكند، طول میانی فاكتور مفیدی برای جوشكاری لیزری است . این فاكتور وقتی كه قطر حاصله حداكثر 5% از قطر میانی مینیمم بیشتری باشد موثر است.برای پیدا كردن موقعیت مینیمم میانی برای یك لیزر Nd: YAG یك ورقه فولادی را در فاصله كانونی عدسی قرار میدهیم و نقطة پالسی منفردی را روی این صفحه ایجاد میكنیم. سپس ورقه را حركت داده و نقاط پالس دیگری ایجاد میكنیم كه همراه با سطح ورقه و هر باز در گامهای mm 1/0 بالا میرود.پس از تولید چهار یا پنج نقطه قطرهای نقاط توسط میكروسكوپ اندازه گیری میشوند. اگر قطر نقاط به تدریج كوچكتر شدند و سپس افزایش یافتند آنگاه كوچكترین قطریك نقطه نشان دهندة موقعیت مینیمم میانی تقریبی خواهد بود. برای انتخاب موقعیت مطح آن با یك كولیس ارتفاع سنج باید اندازه از سطح ورقة فولادی با تقطة مبنای مناسب روی تفنگ لیزر انتخاب و ثبت شود. برای لیزرهای Co2 با توان در حدودkw  6، روش مناسب برای تعیین موقعیت طول میانی استفاده از اثر پرتو شده بروی یك ورقه اكریلیك است كه در شكل زیر نشان داده شده است.بهتر است ورقة اكریلیك از مقابل اشعه با سرعت 4- m/min 5 عبور كند تا از اثرات سوختگیهای ناخواسته توسط انتقال حرارت كه در سرعتهای پایین بر ایجاد میشود، جلوگیری شود.وقتیكه موقعیت میانی بدست آمد، از میزان سیالیت مواد مذاب میتوان استفاده كرد با مقدار عمق تمركز عملی را بر اساس عمق نفوذ بدست آمده محاسبه كرد

موقعیت نقطة تمركز (The focus position)

موقعیت نقطة تمركز یا قطر میانی مینیمم در سطح قطعه كار باید به دقت انتخاب گردد تا چگالی حرارتی لیزر برای ایجاد سوراخ كلیدی مناسب باشد. موقعیت آن باید طوری باشد كه بیشترین عمق نفوذ را ایجاد كند. البته پیدا كردن این موقعیت تجربی است و در میان محققین این نظریه معروف است كه در جوشهاییكه از مواد پركننده استفاده نمیشود موقعیت نقطة تمركز ، روی سطح قطعه كار یا كمی پایین تر از آن است. عمق نفوذ جوش تطور تقریبی از فرمول زیر بدست می آید:                                                                                                      = مقدار شدت تابش جذب شده     = مدت زمان پالس         = ضریب گرمای ویژه بخار                = جرم حجمی

گازهای محافظ:

در جوشكاری لیزری گاز محافظ دو نقش عمده را برا عهده دارد:

1-حفاظت از سوراخ كلیدی جوش و حوضچة جوش برای جلوگیری از اكسیداسیون و اجتناب از ایجاد تخلخل در جوش برای جلوگیری از كاهش كیفیت و استحكام نهایی جوش.

2- محافظت از عبور پرتو لیزر متمركز شده روی قطعه كار و رسیدن به نفوذ جوش خوب یا به حداقل رساندن انبساط و پراكندگی پرتوهای لیزر تابیده شده. اینكار توسط بخارها و گازهای اطراف Keyhole صورت میگیرد.

گازهای محافظ جوشكاری لیزری :

برای جوشكاری لیزری استفاده از گازهای محافظ ضروری است مگر در جوشهایی با حجم كم كه در این شرایط زمان انجماد آنقدر بالاست كه هیچ اكسیدی قبل از منجمد شدن نمیتواند وارد جوش شود. اما در جوشهای سر به سر یا شكافی پیوسته از مخلوط گازهای محافظ Co2 و آرگون كه شامل 20% Co2 و80% آرگن و یا آرگن به اضافة 1-2%  اكسیژن استفاده میشود. كه این تركیبات اكسیداسیون خیلی كمی در جوش ایجاد میكنند.

                                                                                            

کاربرد گازهای محافظ در جوشكاری لیزری Co2 و ND :YAG و روابط بین قدرت ، سرعت و نفوذ جوش

در جوشكاری لیزری گاز محافظ دو نقش عمده را برا عهده دارد:

1- حفاظت از سوراخ كلیدی جوش و حوضچة جوش برای جلوگیری از اكسیداسیون و اجتناب از ایجاد تخلخل در جوش برای جلوگیری از كاهش كیفیت و استحكام نهایی جوش.

2- محافظت از عبور پرتو لیزر متمركز شده روی قطعه كار و رسیدن به نفوذ جوش خوب یا به حداقل رساندن انبساط و پراكندگی پرتوهای لیزر تابیده شده. اینكار توسط بخارها و گازهای اطراف Keyhole صورت میگیرد.هلیم متداول ترین گاز محافظ در جوشكاری لیزری Co2 است كه جوشی با كیفیت عالی ایجاد میكند زیرا بالاترین پتانسیل یونیزاسیون را دارد. در جوشكاری فولادهای ضد زنگ و موادی مثل تیتانیوم و زیر كونیم كه كیفیت جوش ممكن است به دلیل اكسیداسیون شدیداً كاهش یابد گاز هلیم بهترین گاز محافظ است.   نیتروژن یا (OFN)1  تقریباً مانند هلیم عمل میکنند. كیفیت قابل قبول جوش برای بسیار از كاربردها  توسط نیتروژن بدست میآید كه متداولترین گاز محافظ برای جوشكاری ورقهای فولادی اتومبیل و قطعات و ابزار آلات داخلی است .گاز محاظ Co2 برای جوشكاری لیزری Co2 در روش موج پیوسته توصیه نمیشود زیرا كه Co2 به سرعت با پرتوهای لیزر متمركز واكنش داده و یك ابر پلاسما تشكیل میدهد. این ابر بسیار شفاف است و میتواند نور لیزر را برگردانده و تمركز پرتوهای لیزر را بهم زند. اما در مواردی که   جوشكاری نقطه ای یا جوشكاری كوتاه مدت انجام میشود میتوان از گاز Co2 استفاده كرد چون كه زمان به اندازه كافی زیاد نیست كه ابر پلاسمایی تشكیل گردد. گاز آرگون نیز یك گاز محافظ خوب و مناسب برای جلوگیری از اكسیداسیون فلز جوش است كه البته با حوضچة مذاب هم واكنش انجام نمیدهد. در هنگام جوشكاری با آرگون گاز آرگون از منطقه جوش پراکنده نمی شود و در محل جوش تجمع میكند و معمولاً در فاصلة mm 100 از نقطة شروع جوش یك ابر پلاسمایی بسیار متراكم تشكیل میدهد.

لوازم جانبی گاز محافظ:

لیزرهای Nd: YAG

برای جوشكاری لیزری Nd: YAG ، دستگاههای محافظ لولة جانبی ساده مورد استفاده زیادی دارند خصوصاً درجائیكه كیفیت زیادی برای جوش لازم است .دلیل استفاده از لوله جانبی این است كه حفاظت كاملی در محدودة مشخص حوضچة جوش انجام میدهد. هنگام انجام جوشكاری سر به سر و شیاری بصورت پیوسته، استفاده از محافظ حلقوی كه با پرتوهای لیزر هم محور باشد، حفاظت بهتری از جوش صورت میپذیرد، چون در این روش انطباق حلقة محافظ به اندازة انطباق لوله جانبی بر محل جوش مهم نیست .دستگاههای محافظ نازل Co- axial در جائیكه تفنگ لیزری توسط ربات كنترل میشود مناسب می باشد.

لیزرهای Co2

مزایای دستگاه شیپوره Co- axial كه برای لیزر Nd: YAG گفته شد برای لیزرهای Co2 هم تا حداكثر قدرت kw5 كاربرد دارد . چون در لیزرهای بیش از kw5، احتمال تشكیل ابر پلاسمایی در دهانه شیپوره وجود دارد این عامل باعث كاهش توان لیزر می گردد.تجهیزات شیپوره Co- axial که برای جوشكاری Co2 استفاده می شود برای جوشكاری سریع بیش از       (1m/min) اتصالات فولادی تا عمق حدوداً mm6 و توان تقریبی kw 5 مناسب است. فاصل شیپوره با سطح قطعه كار میتواند تا حـدود mm 6 باشد. قطر دهـــــانة شیپوره زیاد مــهم نیست و میتواند در فاصلة 6- mm20 با نرخ جریان گاز 10- lit/min 40 باشد كه برای حفاظت كامل از جوش مناسب است اما باید دقت كرد كه قطر دهانه شیپوره اگر كمتر از 4 mm باشد به دلیل تمركز بیش از حد و سرعت بالای گاز میتواند باعث تخلخل در جوش شود. وقتی كه عمق نفوذ جوشكاری لیزری در فولاد بیش از mm4 افزایش داده میشود نرخ سرد شدن جوش طولانی تر میشود بویژه هنگامی كه سرعت جوشكاری كم باشد در نتیجه جوش آرام تر سرد شده و بنابراین نیاز به تجهیزات محافظ كمكی برای حفاظت از جوش ضروری به نظر میرسد  .دستگاه شیپوره جانبی یا Co- axial باید حفاظت مناسبی از منطقه جوش نماید. وقتی كه محافظت كاملتری مورد نیاز است دستگاه محافظ باید توانایی ایجاد پوشش "پس گاز " (Gas trailing) را جهت جلوگیری از ایجاد اكسیداسیون در سطح جوش داشته باشد. در سرعتهای جوشكاری بالای m/min 1 حفاظت كاملتری را میتوان با استفاده از روش "لولة جانبی با انتهای دم ماهی شكل" صورت داد یا از روش دو لوله ای استفاده كرد، در این حالت جهت لوله اول به طرف راست و لوله دوم از منطقه جوش داده شده محافظت میكند . این دستگاه برای جوشكاری سریع با توان لیزری بالای kw5 مناسب است . استفاده از دستگاه مذبور نیز باعث جلوگیری از تشكیل ابر پلاسمایی در دهانة شیپور میشود.

روابط بین قدرت، سرعت و نفوذ جوش در لیزرهای Co2:

لیزر Co2 كه با موج پیوسته كار میكند در جوشكاری فولادها با سرعت جوشكاری m/min1 ، عدد f  درفاصله 6-9 و گاز محافظ مناسب به عمق نفوذ mm 5/1 برای هر كیلووات ساعت از قدرت لیزر در قطعه كار خواهیم رسید .از نمودارهای ارائه شده در شکل زیر میتوان به عنوان یك راهنمایی اولیه برای انتخاب قدرت لیزر بر اساس سرعت جوشكاری میتوان انرژی جوشكاری (j/mm) و در نتیجه خواص جوش و شكل آن را تعیین كرد.در جوشكاری با لیزر Co2 با افزایش انرژی لیزر كاملاً به عمق نفوذ واقعی در اتصالات لب به لب (Butt joint) میرسیم بدون اینكه احتمال ریزش جوش از طرف دیگر اتصال باشد و یا امكان تشكیل پروستی درجوش وجود داشته باشد. در جوشكاری لیزری با افزایش قدرت لیزر، كاهش سرعت جوشكاری وكاهش عدد f میتوان پهنای جوش را زیاد كرد. اگر چه قدرت لیزر بالای w 1000 است اما عمق جوش كافی نیست. افزایش قدرت جوشكاری اجازه عمق نفوذ عمیقتر را میدهد اما در جوشكاری با سرعت كم حداكثر عمق نفوذ تا حدود in 12/0 محدود میشود.

روابط بین قدرت ، سرعت و نفوذ جوش در لیزرهای Nd:YAG

برای لیزر پالسی Nd:YAG نمیتوان رابطه كلی ارائه كرد كه برای رسیدن به عمق جوش مورد نظر، قدرت لیزر و سرعت جوشكاری مشخص شود. دلیل این امر به خاطر تفاوت در مدلهای پالس در لیزر Nd:YAG است كه حالات فیزیكی مختلفی برای جوشكاری ایجاد میشود كه بستگی به قدرت میانگین لیزر، پنهای پالس و نرخ تكرار پالس (فركانس ) دارد . برای جوشكاری نقطه ای فركانس كم و طول بلند هر پالس با انرژی كم مناسب است و برای ایجاد جوش بدون منفذ و لب بسته لازم است تا لبه ها حداقل 70% روی هم دیگر قرار گیرند. سرعت جوشكاری نقطه ای لب روی لب از رابطه زیر بدست می آید:mm)) طول لبه روی هم قرار گرفته- (mm) قطر نقطة جوش موثر [ = (mm/min)  سرعت جوشكاریX Repetition rate (Hz) x 60شكل جوش حاصله را میتوان با تغییر فركانس پالس و مدت زمان پالس كنترل كرد.منحنی " جوش انتقالی" برای شرایطی است كه تمركز لیزر باعث تبخیر زیاد ماده نمیشود. منحنی "جوش نفوذی " برای شرایطی است كه تمركز لیزر، شدت تابش لیزر را بالا میبرد كه در نتیجه باعث تبخیر ماده میشود. این عمل باعث ایجاد سوراخ و عمق نفوذ عمیقتر در اتصال میشود.

انواع جوشکاری لیزری

۱ـ جوشکاری هدایتی

۲ـ جوشکاری نفوذی یا سوراخ کلیدی

تفاوت اساسی در این دو حالت آن است که در حالت اوّل سطح ناحیه جوش شکسته نمی‌شود و در حالت جوشکاری نفوذی سطح ناحیه جوش باز می‌شود تا باریکه لیزر به درون ناحیه مذاب نفوذ کند.

حالت جوشکاری هدایتی نگرانی کمتری بخاطر عدم نفوذ لیزر به درون ماده ایجاد می‌کند در نتیجه جوشکاری هدایتی کمتر مستعد جذب گاز در هنگام جوشکاری است. در جوشکاری نفوذی بسته شدن غیرپیوسته سوراخ کلید منجر به تشکیل تخلخل در جوش می‌شود. حالتهای هدایتی و نفوذی در جوشکاری نقطه‌ای به یکدیگر تبدیل می‌شوند که این به شدّ‌ت قله توان لیزر و عرض پالس بستگی دارد.

سوراخ کلید توسط لیزر معمولاً برای فولاد در چگالی توان تقریبی اتفاق می‌افتد. در چنین حالتی جوش کم عمق و پهن است. امّا در چگالی توان‌های جوشهایی عمیق و نازک که زمان برهم کنش کمتری نیاز دارد بدست می‌آید که این اجازه جوشکاری با سرعت بیشتر را می‌دهد. از آنجا که جوشکاری لیزر یک روش با چگالی انرژی بالا است نیازبه هدایت گرما برای ایجاد نفوذ عمیق ندارد و این برخلاف روشهای معمول و مرسوم جوشکاری قوس و گاز است که از طریق هدایت گرما به نفوذ دست می‌یابند.

در حالت جوشکاری هدایتی مدارهای همدما بصورت یکسان و با فاصله یکسان از منبع قرار دارند. عرض جوش در این حالت معمولاً بزرگتر از عمق و انرژی ورودی بیشتر از مقدار لازم برای نفوذ است. در حالت سوراخ کلید یا نفوذی منبع حرارت لیزر از سطح به داخل ضخامت ماده منتقل می‌شود و جوش عمیق و نازک بوجود می‌آید. همچنین در این حالت مقدار گرمای ورودی به حداقل می‌رسد.

اصول کار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری

به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشكاری و برشكاری استفاده می شود: لیزرهای جامد مثلRuby و ND:YAGو لیزرهای گاز مثل لیزرCO2.
در زیر اصول كار لیزر Ruby كه از آن بیشتر در جوشكاری استفاده می شود توضیح داده می شود. این سیستم لیزر از یك كریستال استوانه ای شكل یك نوع اكسید آلومینیوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند، تشكیل شده است. دو سر آن كاملا صیقلی و آینه ای شده و در یك سر آن یك سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد .در اطراف این كریستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق برای كار در سرعت حدود 1000 فلاشدرثانیهطراحیشدهاست.
لامپ گزنون با استفاده از یك خازن كه حدود 1000 بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می زند و هنگامی كه كریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش ها قرار بگیرد اتمهای كرم داخل شبكه كریستالی تحریك شده و در اثر این تحریك امواج نور از خود سطع می كنند و با باز تابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شكل می گیرد.
اشعه لیزر شكل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یك عدسی بر روی قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح كوچكی آزاد می كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می شود.
محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیكه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر های گاز مانند لیزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO2 بیشتر به منظور برش استفاده می شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشكاری آلومینیوم استفاده میشود.
از انجا كه در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می شود این سیستم باید به یك سیستم خنك كننده مجهز باشد.
در جوشكاری لیزر دو روش عمده برای جوشكاری وجود دارد : یكی حركت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا كه یك جوش پیوسته شكل بگیرد و دیگری كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه است.
در جوشكاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میكروثانیه انجام می گیرد و به خاطر كوتاه بودن این زمان هیچ واكنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد.

طراحی اتصال در جوشكاری لیزر:

 بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشكاری طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ازطرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود.

مزایای جوشکاری لیزر

1-حوضچه مذاب می تواند داخل یك محیط شفاف ایجاد شود(عكس روشهای معمولی كه همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود).
2- محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و ... را میتوان به یكدیگر جوش داد.
3- در این روش میتوان مكان های غیر قابل دسترسی را جوشكاری نمود.
4- از آنجا كه هیچ الكترودی برای این منظور استفاده نمی شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشكاری نیست.
5- اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملكرد ندارد.
6- به خاطر تمركز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریكی در جوش تشكیل میشود.
7- جوشكاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشكاری تمیز تر است.

محدودیت ها و معایب جوشکاری لیزر

سیستم های جوشكاری لیزرنسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشكاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اكثر آنها از سرعت پیشروی كمی برخوردارند ( 25 تا 250 میلیمتردر دقیقه ) . همچنین این نوع جوشكاری دررای محدودیت عمق نیز می باشد.

موارد استفاده اشعه لیزر

از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاری استفاده می شود . این نوع جوشكاری در اتصال قطعات بسیار كوچك الكترونیكی و در سایر میكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده نمود . به طور كلی این روش جوشكاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژآن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.



 
در برش با لیزر هدف بخار كردن ماده با سرعت هرچه بیشتر و ایجاد منطقه بسیار كوچك گرمادهی به منظور ایجاد حداقل تغییر شكل در قطعه كار مورد نظر است مانند جوشكاری بیشتر لیزرهای صنعتی كه به این منظور به كار برده می شوند از یك جریان گاز محوری با باریكه لیزر استفاده می كنند اما در برش فلزات گاز اكسیژن معمولا به كار رفته گرفته می شود این عمل به طور زیادی سرعت برش را افزایش می دهد چرا كه گرمای ایجاد شده توسط واكنش بر گرمای پرتولیزری اضافه می شود در شرایط مناسب و دلخواه سرعت به حدود 5 برابرویابیشترافزایشمییابدبهعلاوهافزودنگازكمكمیكند تا مواد مذاب نیز از محل برش شوند اما در بعضی مواقع به كار بردن گاز ممكن است مطلوب نباشد چرا كه اكسید شدن لبه های برش داده شده دارد در صورتی كه بخواهیم مجددا آنها را جوش دهیم ایجاد مزاحمت می نماید.





نوع مطلب :
برچسب ها : co2، Nd، اتصال، صنایع فضایی، نظامی، هسته ای، جوشکاری لیزر،




مهندسی جوشکاری
مهندسی مواد و جوشکاری
درباره وبلاگ

به وبلاگ*مهندسی جوشکاری*خوش آمدید.

با نظرات و مطالب خودتون به ما کمک کنید تا بتوانیم پلی برای تبادل اطلاعات، برای هم باشیم.

mahdi.maleki68@ymail.com


مدیر وبلاگ : مهدی ملکی
نظرسنجی
مطالب سایت را چگونه ارزیابی میکنید؟










آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :