جوش لیزر (Laser Welding) چیست؟
لیزر ولدینگ یک فرآیند پیشرفته اتصال مواد است که از پرتو لیزر متمرکز برای ایجاد اتصال استفاده میکند. در این فرآیند، دستگاه جوش لیزر پرتو لیزر پرانرژی را روی نقطه موردنظر متمرکز میکند. این پرتو با ایجاد حرارت موضعی، مواد را در ناحیه اتصال ذوب کرده و یک حوضچه مذاب تشکیل میدهد.
با حرکت پرتو لیزر در طول خط اتصال، مواد ذوب شده بهتدریج سرد شده و اتصال مستحکمی بین قطعات ایجاد میکنند. مهمترین ویژگی لیزر ولدینگ دقت بسیار بالا و تمرکز انرژی در ناحیه کوچک است. این ویژگی باعث میشود حرارت کمتری به مناطق اطراف منتقل شده و تغییر شکل قطعهکار به حداقل برسد.
فرآیند جوش لیزر به دو روش اصلی جوشکاری رسانشی و جوشکاری نفوذی انجام میشود. در روش رسانشی، حرارت به سطح ماده محدود میشود، درحالیکه در روش نفوذی، پرتو لیزر باعث ایجاد سوراخ کلیدی در ماده شده و جوش عمیقتری ایجاد میکند.
جوش لیزر به روشهای مختلفی انجام میشود که هر کدام ویژگیهای منحصربهفردی دارند:
۱. جوشکاری رسانشی حرارتی (Conduction Mode Welding)
این روش لیزر ولدینگ با توان پایین (معمولاً زیر ۵۰۰ وات) انجام میشود. در این تکنیک، پرتو لیزر سطح ماده را تا نقطه ذوب گرم میکند؛ ولی به عمق ماده نفوذ چندانی ندارد. از مهمترین مزایای این روش میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
– ایجاد جوشهای صاف و یکنواخت
– عدم نیاز به پرداختکاری اضافی
– کاهش تغییر شکل حرارتی
– مناسب برای مواد نازک و ظریف
۲. جوشکاری نفوذی (Keyhole Welding)
این روش جوش لیزر با توان بالا (بیش از ۱۰۵ وات بر میلیمترمربع) انجام میشود. در این تکنیک:
– پرتو لیزر ماده را تا نقطه تبخیر گرم میکند
– ایجاد “سوراخ کلید” (Keyhole) در material
– تشکیل پلاسما با دمای بالای ۱۰۰۰۰ کلوین
– مناسب برای جوشکاری عمیق و مواد ضخیم
۳. جوش نقطهای لیزری (Laser Spot Welding)
این نوع لیزر ولدینگ برای اتصالات موضعی و قطعات کوچک کاربرد دارد:
– ایجاد جوشهای نقطهای دقیق
– مناسب برای قطعات پیچیده
– کنترل دقیق عمق جوش
– ایدهآل برای صنایع الکترونیک و پزشکی
۴. جوش درزی لیزری (Laser Seam Welding)
این روش از دستگاه جوش لیزر برای ایجاد درزهای طولانی استفاده میشود:
– تولید درزهای پیوسته و یکنواخت
– امکان استفاده از filler material
– سرعت بالای جوشکاری
– مناسب برای صنایع خودروسازی
۵. جوشکاری لیزر ترکیبی (Hybrid Laser Welding)
در این تکنیک، جوش لیزر با روشهای دیگر ترکیب میشود:
– ترکیب با MIG/MAG
– ترکیب با TIG
– افزایش سرعت و کیفیت جوش
– کاهش تغییر شکل حرارتی
هر یک از این روشهای لیزر ولدینگ باتوجهبه جنس material، ضخامت قطعه، کیفیت موردنیاز و هزینهها انتخاب میشوند.
انواع لیزرهای مورداستفاده در جوش لیزر :
جوش لیزر با استفاده از انواع مختلفی از منابع لیزری انجام میشود که هر کدام ویژگیهای منحصربهفردی دارند:
۱. لیزر CO2 (دی اکسید کربن)
این نوع از لیزر ولدینگ با استفاده از گاز دی اکسید کربن بهعنوان محیط فعال کار میکند. دستگاه جوش لیزر CO2 قادر به تولید پرتوهای بسیار قدرتمند است که روی نقاط کوچک متمرکز میشوند. این سیستم میتواند در حالت پیوسته یا پالسی کار کند و برای جوشکاری اکثر مواد مناسب است.
۲. لیزر حالت جامد (Nd:YAG)
این دسته از جوش لیزر از کریستالهایی مانند گارنت ایتریم آلومینیوم آلاییده با نئودیمیوم استفاده میکنند. لیزر ولدینگ Nd:YAG نور مادونقرمز با طولموج ۱.۰۶۴ میکرومتر تولید میکند که بهخوبی توسط مواد مختلف جذب میشود. این سیستمها در حالت موج پیوسته یا پالسی کاربرد دارند.
۳. لیزر فیبری
جوش لیزر فیبری جدیدترین تکنولوژی در این حوزه محسوب میشود. در این دستگاه جوش لیزر، پرتو از طریق کابل فیبر نوری به نقطه جوش منتقل میشود. این سیستمها از نظر انرژی بسیار کارآمد بوده و طول عمر بالایی دارند.
۴. لیزر دیسک
این نوع از لیزر ولدینگ از یک دیسک نیمهرسانای خنکشونده با مایع استفاده میکند. جوش لیزر با این سیستم کیفیت پرتو عالی داشته و سرعت خنکسازی بالایی دارد.
هر یک از این سیستمهای لیزر ولدینگ باتوجهبه نوع material، ضخامت قطعه و کیفیت موردنیاز در صنایع مختلف کاربرد دارند.
مزایای جوش لیزر (Laser Welding) :
جوش لیزر به دلیل ورودی حرارتی کم و کنترل دقیق توان، کیفیت فوقالعادهای ارائه میدهد. این فرآیند سریع بوده و امکان کاهش هزینههای تولید را فراهم میسازد. از دیگر مزایای لیزر ولدینگ میتوان به عمق نفوذ بالا و استحکام ممتاز اتصالات اشاره کرد. دستگاه جوش لیزر این قابلیت را دارد که مواد مختلف و حتی غیرهمجنس را بهخوبی به یکدیگر متصل کند.
جوش لیزر دارای دقت فوقالعاده و منطقه تحتتأثیر حرارت (HAZ) کوچک است که منجر به کاهش اعوجاج حرارتی میشود. سرعت بالای این فرآیند و قابلیت اتوماسیون آن، جوش لیزر** را به انتخابی ایدهآل برای خطوط تولید انبوه تبدیل کرده است.
معایب جوش لیزر (Laser Welding) :
باوجود مزایای متعدد، جوش لیزر دارای معایبی نیز هست. سرمایهگذاری اولیه بالا برای خرید دستگاه جوش لیزر یکی از مهمترین چالشها محسوب میشود. همچنین این فرآیند نیاز به کالیبراسیون دقیق و آمادهسازی بینقص قطعات دارد.
مواد باقابلیت بازتاب بالا مانند آلومینیوم و مس میتوانند چالشهایی در لیزر ولدینگ ایجاد کنند. شکنندگی و تخلخل ناشی از سردشدن سریع از دیگر محدودیتهای این فرآیند است. همچنین اپتیک دستگاه جوش لیزر بسیار حساس بوده و نیاز به نگهداری دقیق دارد.
ملاحظات ایمنی در جوش لیزر :
جوش لیزر نیاز به رعایت دقیق مسائل ایمنی دارد. پرتو لیزر و انعکاس آن میتواند باعث آسیبهای چشمی و سوختگی شود. استفاده از محفظههای ایمنی و تجهیزات حفاظت فردی (PPE) در فرآیند لیزر ولدینگ ضروری است.
کاربردهای جوش لیزر در صنایع مختلف
جوش لیزر به دلیل دقت بالا و کیفیت بینظیر، جایگاه ویژهای در صنایع پیشرفته پیدا کرده است. در ادامه به مهمترین کاربردهای لیزر ولدینگ در صنایع مختلف میپردازیم:
- صنعت خودروسازی
جوش لیزر در صنعت خودرو بهعنوان یک تکنولوژی کلیدی شناخته میشود. دستگاه جوش لیزر این امکان را فراهم میکند که اتصالات پیچیده بدنه خودرو با بالاترین دقت و سرعت انجام شود. از مزایای لیزر ولدینگ در این صنعت میتوان به کاهش وزن سازه، افزایش استحکام و بهبود کیفیت اتصالات اشاره کرد. - صنایع هوافضا
در صنعت هوافضا، جوش لیزر برای اتصال قطعات حساس و حیاتی به کار میرود. دقت بالای دستگاه جوش لیزر امکان ایجاد اتصالات ظریف در موتورها و سازههای هوایی را فراهم میکند. لیزر ولدینگ در این صنعت کمک میکند تا اتصالاتی سبکتر و مستحکمتر تولید شود. - صنعت الکترونیک
جوش لیزر در صنعت الکترونیک برای اتصال قطعات بسیار ریز و حساس به کار میرود. دستگاه جوش لیزر این قابلیت را دارد که بدون آسیبرساندن به قطعات مجاور، اتصالات دقیقی ایجاد کند. از لیزر ولدینگ در تولید بردهای الکترونیکی و حسگرهای دقیق استفاده گستردهای میشود. - صنایع پزشکی
در صنعت پزشکی، جوش لیزر برای تولید تجهیزات و ایمپلنتهای حساس به کار میرود. دستگاه جوش لیزر امکان ایجاد اتصالات استریل و باکیفیت را در ابزارهای جراحی و پروتزهای پزشکی فراهم میکند. لیزر ولدینگ در این صنعت کمک میکند تا محصولاتی با طول عمر بالاتر و قابلیت اطمینان بهتر تولید شود. - صنعت طلا و جواهرسازی
جوش لیزر انقلابی در صنعت طلا و جواهر ایجاد کرده است. دستگاه جوش لیزر این امکان را به جواهرسازان میدهد که اتصالاتی تقریباً نامرئی و بسیار ظریف ایجاد کنند. لیزر ولدینگ در این صنعت امکان کار بر روی سنگهای قیمتی و طراحیهای پیچیده را فراهم میسازد.هر یک از این صنایع با بهرهگیری از جوش لیزر توانستهاند کیفیت محصولات خود را ارتقا داده و فرایندهای تولید را بهینهسازی کنند.
