طي سال‌هاي اخير صنعت ليزر به طور قابل توجهي با پيشرفت و موفقيت‌هاي بسيار همراه بوده‌است. پيشرفت اين صنعت با توجه به پيشرفت علم و دانش بشري در راستاي توليد انواع دستگاه‌هاي ليزر و مدرنيته شدن آنها همراه بوده‌است. با توجه به اين‌كه دستگاه‌هاي ليزر كاربردهاي متنوع و قابل‌توجهي در صنايع مختلف دارند تلاش اين صنعت همواره در جهت توليدات بهتر، بيش تر و مدرن‌تر بوده‌است.
همان‌طور كه دستگاه‌هاي توليدشده برش و حكاكي ليزري در اين صنعت حرف‌هاي بسيار زيادي در جهت برش و حكاكي بي‌عيب‌ونقص انواع متريال‌هاي مختلف و توليد محصولات كاربردي و مهم بسيار زيادي داشته‌است در مقابل دستگاه‌هاي اين روش ليزر مدرن و متنوعي جهت اتصال و جوش انواع متريال‌هاي مختلف نيز توليد و كاربردهاي مهم و قابل‌توجهي در صنايع مختلف دارند.
مزاياي جوشكاري ليزر
- حوضچه مذاب مي تواند داخل يك محيط شفاف ايجاد شود (باعكس روشهاي معمولي كه هميشه حوضچه مذاب در سطح خارجي آنها ايجاد مي شود) .
- محدوده بسيار وسيعي از مواد را مانند آلياژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا، مواد غير همجنس و … را ميتوان به يكديگر جوش داد .
- در اين روش مي توان مكان هاي غير قابل دسترسي را جوشكاري نمود .
- از آنجا كه هيچ الكترودي براي اين منظور استفاده نمي شود نيازي به جريانهاي بالا براي جوشكاري نيست.
- اشعه ليزر نياز به هيچگونه گاز محافظ يا محيط خلايي براي عملكرد ندارد .
- به خاطر تمركز بالاي اشعه منطقه HAZ بسيار باريكي در جوش تشكيل مي شود .
- جوشكاري ليزر نسبت به ساير روشهاي جوشكاري تميزتر است .
كاربرد دستگاه هاي جوش ليزر
از جمله كاربرد دستگاه هاي جوش ليزري اتصال فلزاتي همچون:
آلومينيم، آهن، مس، طلا، نقره، تيتانيوم، قلع، نيكل، ، روي، كرم، نيوبيوم و غيره است.
از ديگر قابليت‌هاي دستگاه‌هاي جوش ليزر در جهت جوش دادن دو نوع فلز مختلف همچون:
مس-نيكل، نيكل-تيتانيوم، مس-برنج، مس-فولاد كم كربن و مس-تيتانيوم است.
همان‌طور كه گفته شد با توجه به پيشرفت‌هاي قابل‌توجه در توليد انواع دستگاه‌هاي جوش ليزر از دستگاه‌هاي نوين جوش ليزر علاوه‌بر جوش و اتصال انواع متريال‌هاي فلزي در جوش و اتصال متريال‌هاي غيرفلز ازجمله چوب نيز بكار برده مي‌شوند.
از ديگر كاربردهاي دستگاه‌هاي جوش ليزري در صنايع مختلف از جمله صنعت ارتباطات موبايل، صنعت ساختمان‌سازي، صنعت جواهر سازي، ساخت ماشين‌آلات دقيق، توليد قطعات الكترونيك، ساخت قاب عينك، صنايع پزشكي و ساخت انواع تجهيزات پزشكي، صنعت خودروسازي و ساخت لوازم خودرو، ساخت وسايل مخابراتي، ساخت باتري، توليد انواع كالاهاي تزئيني و ... ميتوان اشاره كرد.
اجزاي اصلي دستگاه جوش ليزر
اجزاي اصلي دستگاه جوش ليزر عبارتند از:
منبع تغذيه: يك منبع تغذيه ولتاژ بالا است كه براي توليد پرتوي ليزر از آن استفاده مي‌شود.
CAM: كامپيوتر و يا رايانه است كه دستگاه ليزر براي انجام فرآيند جوشكاري با آن تلفيق مي شود. تمام اقدامات كنترل شده در طي فرآيند جوشكاري با ليزر توسط CAM انجام مي شود و روند جوشكاري را تا حد بيشتري تسريع مي كند.
CAD: از آن به عنوان طراحي با كمك رايانه ياد مي شود. در اينجا براي طراحي قطعه كار و نحوه انجام جوشكاري روي آن استفاده مي شود.
گاز محافظ: براي جلوگيري از اكسيداسيون ممكن است در طي فرآيند جوشكاري از گاز محافظ استفاده شود.
معايب دستگاه جوش ليزر
- هزينه تعمير و نگهداري دستگاه هاي جوش ليزر بالا است.
- هزينه قطعات و تجهيزات مورد استفاده در دستگاه هاي جوش ليزر بالا است.
- كار با دستگاه هاي جوش ليزر نياز به تجربه و مهارت بالاي نيروي كار دارد.
- قابليت سرعت خنك‌كنندگي بالاي دستگاه هاي جوش ليزر در برخي از فلزات موجب ايجاد ترك مي‌شود.
- در دستگاه هاي جوش ليزر بازده تبديل انرژي بسيار كم و زير ده‌درصد است.
- فرآيند جوشكاري ليزري در دستگاه‌هاي جوش ليزر به ضخامت ۱۹ ميلي‌متر محدود مي‌شود.
تفاوت هاي عمده جوش ليزري با روش جوشكاري تيگ يا گاز آرگون
- در جوش ليزري نيازي به الكترود و يا مواد پر كننده نيست.
- در جوشكاري اكثر فلزات ( به جز جوشكاري تيتانيوم ) نيازي به گاز آرگون به عنوان گاز محافظ خنثي وجود ندارد.
- سرعت جوشكاري با دستگاه جوش ليزري تقريبا 6 برابر سرعت جوشكاري با دستگاه جوش آرگون و روش تيگ مي باشد.
- امكان جوش مواد پلاستيكي با جوش ليزري وجود دارد.
خصوصيات و ويژگي هاي دستگاه جوشكاري با پرتو ليزر
چگالي توان جوش ليزر زياد و از مرتبه ۱ مگاوات بر سانتي متر مربع است. به دليل اين چگالي انرژي بالا ، مناطق كوچكي تحت تأثير گرما قرار مي‌گيرند.
پرتوهاي ليزر توليد شده منسجم و تك رنگ هستند (يعني داراي طول موج يكسان مي باشند).
از اين روش جوشكاري ميتوان بعنوان جوشكاري نقطه‌اي با اندازه كوچك استفاده كرد ، اما اندازه نقطه جوشها ممكن است از ۰.۲ ميلي متر تا ۱۳ ميلي متر باشد.
عمق نفوذ جوش ليزر به مقدار توان منبع تغذيه و موقعيت نقطه كانوني بستگي دارد و متناسب با ميزان منبع تغذيه است. هنگامي كه نقطه كانوني كمي زير سطح قطعه كار نگه داشته شود ، عمق نفوذ به حداكثر مي رسد.
براي جوشكاري ، از پرتوهاي ليزر پالس يا پيوسته استفاده مي شود. مواد نازك با استفاده از پالس هاي ميلي ثانيه جوش داده مي شوند و از پرتوهاي ليزر پيوسته براي جوش هاي عميق استفاده مي شود.
اين روش جوشكاري يك فرآيند جوشكاري همه كاره است زيرا توانايي جوش دادن فولادهاي كربني ، استيل ضد زنگ ، فولاد HSLA ، آلومينيوم و تيتانيوم را دارد.
به دليل سرعت بالاي خنك سازي ، در هنگام جوشكاري فولادهاي پر كربن مشكل ترك خوردگي وجود دارد.
اين فرآيند جوشكاري بيشترين محبوبيت را در صنعت خودرو دارد.
نحوه كار دستگاه جوش ليزر
در ابتدا تنظيم دستگاه جوشكاري در محل مورد نظر (در بين دو قطعه فلزي كه بايد به هم متصل شوند) انجام مي شود.
پس از راه اندازي دستگاه جوش ليزري ، منبع تغذيه ولتاژ بالا را روشن مي‌كنيم و ولتاژ بالا به دستگاه ليزر اعمال مي شود. با اين كار چراغ هاي چشمك زن دستگاه روشن شده و فوتون هاي نوري از آن ساطع مي‌شود. انرژي فوتونهاي نوري، توسط اتمهاي كريستال ياقوت جذب مي‌شود و الكترون ها در سطح انرژي بالاتر خود برانگيخته مي شوند. هنگامي كه آنها به حالت پايه خود (حالت انرژي پايين) برمي‌گردند ، يك فوتون نور ساطع مي كنند. اين فوتون نوري دوباره الكترون ديگري در اتم را تحريك كرده و دو فوتون توليد مي كند. اين روند ادامه دارد و ما يك پرتو ليزر متمركز مي گيريم.
اين پرتوهاي ليزر در محل مورد نظر براي جوشكاري قطعات با هم متمركز مي‌شود. از لنز براي تمركز ليزر در محلي كه جوشكاري لازم است استفاده مي شود. از CAM براي كنترل حركت ميز ليزر و قطعه كار در طي فرآيند جوشكاري استفاده مي‌شود.