اللحام بالليزراللحام بالليزر هو مجال من تكنولوجيا تشكيل المعادن يستخدم الليزر. ويُستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات الصناعية، بما في ذلك السيارات، والمعدات الدقيقة، والإلكترونيات، والفضاء، والطب. ستقدم هذه المقالة أساسيات اللحام بالليزر، وخاصةً في معالجة الصفائح المعدنية، بالإضافة إلى تطبيقاته العديدة.
ما هو اللحام بالليزر؟ (الخصائص)
أولاً، كلمة "laser" مشتقة من الأحرف الأولى لمصطلح "تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع.دي دي اتش
قد يبدو الأمر معقدًا بعض الشيء للوهلة الأولى، إلا أنه يُفهم عمومًا على أنه ضوء صناعي. بالمقارنة مع الضوء العادي كضوء الشمس والإضاءة التي نراها يوميًا، يتميز ضوء الليزر، كضوء صناعي، بثبات الطول الموجي والطور والاتجاه. ومن خلال ضبط هذه العوامل الرئيسية الثلاثة والاستفادة منها، والتي تُعرف مجتمعةً باسم "تماسك الليزر"، يمكن استخدام ليزر "تماسك الليزر" في عمليات متنوعة.
اللحام بالليزر هي طريقة معالجة تُركز ضوء الليزر، وتُشعِّع به على جسم ما، مما يُذيب المعدن ويُصلِّبه موضعيًا لتشكيل وصلة. يُوفِّر استخدام اللحام بالليزر في معالجة الصفائح المعدنية مزايا مُقارنةً بلحام القوس التقليدي، مثل سهولة التحكم في التشوه الحراري، وسهولة التحكم في ظروف اللحام، وتقليل ظهور حبيبات اللحام.
ما هو مبدأ اللحام بالليزر؟
فياللحام بالليزريُولّد مُذبذب الليزر ضوء الليزر، الذي يعمل كمصدر حرارة. يُضخّم هذا الضوء ويُنقل عبر الألياف الضوئية، مُوجّهًا الضوء في البداية إلى محيط قطعة العمل. تتطلب هذه المرحلة رأس معالجة ليزر. تُركّب عدسة داخل رأس المعالجة لتركيز ضوء الليزر المُرسَل إلى حالة مناسبة للمعالجة. بتركيز الضوء باستخدام العدسة، تُركّز طاقة الضوء على مساحة أصغر، مما يُحقّق طاقة أعلى لصهر المعدن. ولمنع أكسدة المعدن المنصهر، يُنفّخ عادةً غاز واقي مثل الأرجون أو النيتروجين أثناء اللحام.
ما هي أنواع اللحام بالليزر؟
لنلقِ نظرة على أنواع اللحام بالليزر المناسبة للحام اليدوي في معالجة الصفائح المعدنية. انتشرت آلات اللحام بالليزر المحمولة التي تستخدم ليزر ياج لأول مرة في اليابان في تسعينيات القرن الماضي. ومنذ ذلك الحين، لطالما اعتبرت صناعة الصفائح المعدنية اليابانية آلات اللحام بالليزر مساويةً لآلات اللحام بالليزر ياج. ومع ذلك، مع ظهور آلات اللحام بالليزر الليفي في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، أصبحت ليزرات الألياف هي السائدة بين آلات اللحام بالليزر المحمولة. كما تتوفر أيضًا أجهزة لحام محمولة تستخدم ليزرات الأقراص.
اللحام اليدوي باستخدام آلات اللحام بالليزر الليفي:
لحام الليزر ياج:
ليزر ياج هو بلورة تُسمى عقيق الألومنيوم الإيتريوم. تُولّد ليزرات ياج ضوء الليزر عن طريق تعريض بلورات ياج لضوء شديد. يبلغ طول موجة ليزرات ياج 1064 نانومتر، ما يجعلها سهلة الامتصاص بواسطة المعادن. لذلك، يُمكنها صهر المعادن بطاقة منخفضة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة للحام بالليزر. من ناحية أخرى، يتطلب توليد الليزر مصباحًا فلاشيًا للوميض، ويتطلب توليد الحرارة العالية استخدام مُبرّد لتبريد المُذبذب والشعلة. يؤدي هذا إلى استهلاك عالٍ للطاقة، مما يُقلل من الطاقة المُتاحة للمعالجة مُقارنةً بالكهرباء المُستخدمة، مما يؤدي أحيانًا إلى لحامات غير مُكتملة. كما أن تكاليف صيانة المواد الاستهلاكية، مثل مياه التبريد والمصابيح، مرتفعة أيضًا، مما يُمثل عيبًا كبيرًا.
لحام ألياف الليزر:
تستخدم ليزرات الألياف الألياف الضوئية لتضخيم ونقل ضوء الإثارة الناتج. يبلغ طولها الموجي 1070 نانومتر، ما يسهل امتصاصها بواسطة المعادن. تتميز هذه الليزرات بأعلى كثافة طاقة بين أنواع الليزر، مما يسهل تركيز الشعاع، وتُعد قدرتها على تحقيق اختراق عميق في المعادن ميزةً رئيسية. بالمقارنة مع ليزرات ياج، توفر هذه الليزرات العديد من المزايا، بما في ذلك الاختراق العميق، وانخفاض تكاليف التشغيل، وقلة تكاليف التعديل أو الصيانة، مما أدى إلى انتشارها السريع في السنوات الأخيرة. في حين أن ليزرات الألياف توفر طاقة وكفاءة عاليتين، إلا أن الطاقة الزائدة قد تشكل خطرًا على العاملين في لحام الصفائح المعدنية يدويًا، لذا تقتصر عادةً على حوالي 1 كيلوواط. ولمن يبحث عن طاقة أعلى وأعماق اختراق أكبر، يمكن التفكير في اللحام الميكانيكي أو الآلي.
لحام الليزر القرصي:
تستخدم ليزرات الأقراص بلورة ياج على شكل قرص لتضخيم ضوء الإثارة المُولّد، والذي يُنقل بعد ذلك عبر الألياف الضوئية. وقد نجحت شركة سرع الألمانية في تحقيق طاقة عالية واستقرار، مما أدى إلى انتشار استخدام هذا الليزر في الاستخدامات الصناعية. في السنوات الأخيرة، أُعيد تقييم إمكاناته، ويجري تطوير تطبيقات جديدة بنشاط. في حين لا توجد أنظمة مستقلة في اليابان قادرة على اللحام اليدوي باستخدام ليزرات الأقراص، يمكن لمستخدمي آلات القطع بالليزر سرع شراء شعلة لحام يدوية اختياريًا.
مميزات وعيوب اللحام بالليزر:
اللحام بالليزر، المستخدمة في معالجة الصفائح المعدنية، لها المزايا التالية مقارنة بلحام تيج المستخدم على نطاق واسع.
المزايا:
انخفاض التشوه الحراري، حتى مع الصفائح الرقيقة.
لأن لحام تيج يُنتج اختراقًا سطحيًا ومنطقة واسعة متأثرة بالحرارة، فإنه يُدخل حرارة عالية إلى المعدن، مما يُسبب تشوهًا حراريًا كبيرًا. تعتمد إدارة هذا التشوه الحراري بشكل كبير على مهارة الحرفي، وهذا هو الجانب الأكثر تحديًا في لحام تيج. من ناحية أخرى، يستخدم لحام الليزر ليزرًا مُركزًا، يُركز طاقة عالية في نقطة بؤرية صغيرة لصهر المعدن. ينتج عن ذلك اختراق لحام أضيق ومنطقة متأثرة بالحرارة أصغر، مما يُقلل من احتمالية التشوه الحراري. علاوة على ذلك، تُكرر دورة الليزر المُتكررة ("p نبض ") عملية الصهر والتصلب من عدة إلى عشرات المرات في الثانية، مما يُقلل التشوه بشكل أكبر.
قوة اللحام الكافية:
يُنتج اللحام بالليزر حبيبات لحام أرق، مما قد يُثير أحيانًا مخاوف بشأن ضعف المتانة. ومع ذلك، بفضل عمق اختراقه للحام، يتمتع اللحام بقوة داخلية كافية مقارنةً بمظهره الخارجي. يتضمن اللحام بالليزر انصهارًا وتصلبًا ضئيلين للسبائك، مما يُقلل من الكسر. وقد أكدت اختبارات القوة التي أُجريت في منشأة اختبار صناعية أن اللحام بالليزر يُظهر قوة تفوق قوة اللحام بتقنية تيج.
تقليل وقت المعالجة:
اللحام بالليزريُولّد لحام الليزر مدخلات حرارية منخفضة، وهو أقل عرضة للتشوه، مما يُقلل بشكل كبير من الوقت اللازم لإزالة هذا التشوه. علاوة على ذلك، يُلحم اللحام بالليزر المعدن الأساسي، مما يُغني عن طحن نتوءات اللحام. علاوة على ذلك، طالما استُوفيت شروط المعالجة، يكاد يكون احتراق اللحام معدومًا، مما يُغني عن الطحن الكهربائي. هذا يُقلل من وقت المعالجة، الذي كان يُمثل مهمة صعبة في السابق، مما يُحسّن كفاءة الإنتاج ويُخفض تكاليف التصنيع.
سهولة إدارة وتشغيل ظروف اللحام:
تتيح بعض آلات اللحام بالليزر تسجيل ظروف اللحام واستدعاؤها كطرق، مما يُسهّل إدارتها وإعادة إنتاجها. في هذه الحالة، يُسهّل تحديد الظروف بواسطة مُشغّل مُتمرس على اللحام غير المُاهر تكرارها. هذا يُتيح للّحامين غير المُاهرين لحام الصفائح الرقيقة، مما يُتيح للّحامين المُتمرّسين التركيز على مهام ذات قيمة مُضافة أعلى، مما يُساهم في تحسين كفاءة اللحام الإجمالية.
العيوب:
سوء التعامل مع الفجوة:
اللحام بالليزريُركز الليزر طاقة الليزر على بقعة صغيرة جدًا، قطرها يتراوح بين 0.1 و0.6 مم تقريبًا، لإذابة المعدن. تُصعّب هذه الخاصية عملية اللحام في حال وجود فجوات. بالنسبة للنماذج التي يبلغ قطر البقعة فيها 0.1 مم، فإن وجود فجوة صغيرة جدًا كهذه سيُؤدي إلى مرور الليزر من خلالها، مما يمنع اللحام. لذلك، من الضروري اتخاذ تدابير مثل تحسين دقة عملية الثني وتركيب أدوات التثبيت.
ضعف في اللحام التراكبي:
يتفوق اللحام بالليزر في لحام المعادن الأساسية، لكنه لا يتفوق في لحام الطبقات. قد لا تصل طاقة الليزر بالكامل إلى المعدن الأساسي حيث يُصهر القطب، بل قد يصعب أيضًا محاذاة نقطة اللحام والقطب ونقطة التركيز بدقة، مما قد يمنع تحقيق قوة كافية. إذا كان اللحام بالطبق مذكورًا في الرسم، ففكر فيما إذا كان اللحام بالليزر مناسبًا. على العكس، إذا كان اللحام بالليزر مرغوبًا فيه للقوة والجمال، فمن الأفضل عدم تضمين تعليمات اللحام بالطبق.
إجراءات السلامة المطلوبة:
قد يؤدي سوء استخدام الليزر إلى حوادث خطيرة. لذلك، تخضع جميع منتجات الليزر لمواصفات السلامة المحددة في معيار سلامة منتجات الليزر جيس. جميع أجهزة اللحام اليدوي التي تستخدم الليزر مصنفة ضمن المستوى 4، وهو أعلى مستوى خطورة، ويطبق المصنعون إجراءات سلامة متنوعة. يُرجى التأكد من الاستخدام السليم وفقًا للمواصفات وتعليمات التشغيل، مثل تحديد منطقة تحكم بالليزر، واستخدام قناع/نظارات لحام مصممة خصيصًا للحام بالليزر، واستخدام شعلة لحام محمولة مزودة بجهاز أمان، والتعامل مع مفتاح الجهاز بشكل صحيح.
نصائح لحام الليزر:
اللحام بالليزريوفر لحامات قوية وجميلة. إنها طريقة لحام ذات مزايا عديدة، مثل انخفاض التشوه للصفائح الرقيقة وسهولة التحكم في حالتها. ومع ذلك، لها أيضًا عيوب، مثل ضعف معالجة اللحامات وضعف أداء الكسوة. تتضمن نصائح الاستخدام الفعال للحام بالليزر ما يلي:
تحسين دقة عملية الانحناء، وإعداد القوالب، واللحام بعد الوصول إلى حالة سلسة.
إن التحضير لظروف المعالجة وتسجيل الطريقة مع شخص ذي خبرة يجعل من السهل حتى على العمال غير المهرة تكرار العملية.
قد يكون الحفاظ على الرسومات باستخدام طرق المعالجة التقليدية، مثل لحام تيج، والانتقال ببساطة إلى اللحام بالليزر، أمرًا صعبًا. لذا، قد يكون من الضروري أحيانًا إجراء تغييرات في التصميم.
ولتحقيق أقصى قدر من القوة والمزايا الجمالية لعملية اللحام بالليزر، يوصى بالتصميم مع وضع اللحام بالليزر في الاعتبار منذ البداية.
من أهم مزايا اللحام بالليزر قدرته على لحام صفائح رقيقة بتشوهات منخفضة. علاوة على ذلك، يمكن حتى للعمال غير المهرة تحقيق ذلك، مما قد يُحسّن بشكل كبير عمليات اللحام التي كانت تعتمد سابقًا على مهارة الحرفيين. إن فهم عيوبه ومعالجتها بشكل صحيح سيكشف عن مزاياه. استفد من مزايا اللحام بالليزر إلى أقصى حد ممكن.