لحام شعاع الليزر
لحام شعاع الليزر هو طريقة لحام عالية الكفاءة ودقيقة للغاية باستخدام شعاع ليزر عالي الكثافة كمصدر للحرارة. يمكن إجراء اللحام بواسطة أشعة الليزر المستمرة أو النبضية. وفقًا لمبادئ لحام الليزر، يمكن تقسيم العمليات إلى قسمين: لحام التوصيل الحراري ولحام الليزر العميق. تشير كثافة الطاقة أقل من 104 ~ 105 واط / سم 2 إلى لحام التوصيل الحراري. في ذلك الوقت، يكون عمق الاختراق ضحلًا مع سرعة لحام بطيئة؛ عندما تكون كثافة الطاقة أكبر من 105 ~ 107 واط / سم 2، تحت تأثير الحرارة، يأخذ سطح المعدن التجويف إلى مظهر "الثقب" لتشكيل لحام اختراق عميق.
شرح المميزات:
مميزات سرعة اللحام السريعة ونسبة العرض إلى الارتفاع الكبيرة
يستخدم لحام شعاع الليزر بشكل عام أشعة الليزر المستمرة لإكمال توصيل المواد. العملية الفيزيائية المعدنية تشبه إلى حد كبير لحام شعاع الإلكترون، أي أن آلية تحويل الطاقة تكتمل بواسطة هيكل "ثقب المفتاح".
تحت إشعاع الليزر عالي الطاقة بما فيه الكفاية، تتبخر المادة وتشكل ثقوبًا صغيرة. هذه الثقب الصغير المملوء بالبخار يشبه الجسم الأسود، ويمتص كل طاقة الشعاع الساقط تقريبًا. تبلغ درجة حرارة التوازن في التجويف حوالي 2500 درجة مئوية. تنتقل الحرارة من الجدار الخارجي للتجويف عالي الحرارة، مما يؤدي إلى ذوبان المعدن المحيط بالتجويف. تمتلئ الثقوب الصغيرة بالبخار عالي الحرارة الناتج عن التبخر المستمر لمادة الجدار تحت شعاع الضوء.
تحيط الجدران الأربعة للثقوب الصغيرة بالمعدن المنصهر ويحيط المعدن السائل بالمادة الصلبة. (في معظم عمليات اللحام التقليدية ولحام التوصيل بالليزر، تكون الطاقة أولاً (مترسبة على سطح قطعة العمل، ثم تنتقل إلى الداخل عن طريق النقل). يتوافق تدفق السائل خارج جدار الثقب والتوتر السطحي لطبقة الجدار مع ضغط البخار المتولد باستمرار في تجويف الثقب ويحافظان على توازن ديناميكي. يدخل شعاع الضوء باستمرار إلى الثقب الصغير، وتتدفق المادة خارج الثقب الصغير باستمرار. مع تحرك شعاع الضوء، يكون الثقب الصغير دائمًا في حالة تدفق مستقرة.
أي أن الثقب الصغير والمعدن المنصهر المحيط بالثقب سوف يتحركان للأمام بسرعة الشعاع الأمامي. يملأ المعدن المنصهر الفجوة التي خلفتها الثقب الصغير ثم يتكثف، ويتشكل اللحام. تحدث كل العملية المذكورة أعلاه بسرعة كبيرة بحيث يمكن أن تصل سرعة اللحام بسهولة إلى عدة أمتار في الدقيقة.
1. لحام شعاع الليزر هو لحام الاندماج، والذي يستخدم شعاع الليزر كمصدر للطاقة ويؤثر على المفصل الملحوم.
2. يمكن توجيه شعاع الليزر بواسطة عنصر بصري مسطح (مثل المرآة)، ثم يتم إسقاط الشعاع على خط اللحام باستخدام عنصر تركيز عاكس أو عدسة.
3. لحام شعاع الليزر هو لحام بدون تلامس. لا يتطلب الأمر أي ضغط أثناء العملية، ولكن يلزم استخدام غاز خامل لمنع أكسدة حوض المنصهر. يتم استخدام المعدن الحشو في بعض الأحيان.
4. يمكن دمج لحام شعاع الليزر مع لحام MIG لتشكيل لحام مركب MIG بالليزر لتحقيق لحام ذو اختراق كبير، في حين يتم تقليل مدخلات الحرارة بشكل كبير مقارنة بلحام MIG.
الاستخدامات
تُستخدم آلة اللحام بالليزر على نطاق واسع في مجالات التصنيع عالية الدقة مثل السيارات والسفن والطائرات والسكك الحديدية عالية السرعة. وقد أدت إلى تحسين جودة حياة الناس بشكل كبير ودفعت أيضًا صناعة الأجهزة المنزلية إلى الهندسة الدقيقة.
لحام القوس البلازما
يشير لحام القوس البلازمي إلى طريقة لحام الانصهار التي تستخدم شعاع قوس البلازما عالي الطاقة كمصدر حرارة لحام. أثناء اللحام، يكون غاز الأيون (الذي يشكل قوسًا أيونيًا) وغاز الحماية (لحماية حوض المنصهر ودرزة اللحام من التأثيرات الضارة للهواء) عبارة عن أرجون نقي. الأقطاب الكهربائية المستخدمة في لحام القوس البلازمي هي عمومًا أقطاب تنغستن وأحيانًا تحتاج إلى ملئها بالمعدن (سلك اللحام). بشكل عام، يتم اعتماد طريقة التوصيل الموجب للتيار المستمر (يتم توصيل قضيب التنغستن بالقطب السالب). لذلك، فإن لحام القوس البلازمي هو في الأساس لحام محمي بغاز التنغستن مع تأثير ضغط.
يتميز لحام القوس البلازمي بتركيز الطاقة والإنتاجية العالية وسرعة اللحام السريعة وتشوه الإجهاد الصغير والعزل الكهربائي المستقر، وهو مناسب للحام الألواح الرقيقة والمواد الصندوقية. وهو مناسب بشكل خاص لمختلف المواد المعدنية المقاومة للحرارة والأكسدة بسهولة والحساسة للحرارة (مثل التنغستن والموليبدينوم والنحاس والنيكل والتيتانيوم وما إلى ذلك).
يتم تفكيك الغاز عن طريق تسخين القوس ويتم ضغطه عند المرور عبر الفوهة المبردة بالماء بسرعة عالية، مما يزيد من كثافة الطاقة ودرجة التفكك، ويشكل قوس البلازما. استقراره وقيمته الحرارية ودرجة حرارته أعلى من القوس العام، لذلك لديه اختراق وسرعة لحام أكبر. يستخدم الغاز الذي يشكل قوس البلازما والغاز الواقي حوله عمومًا الأرجون النقي. اعتمادًا على خصائص المواد لقطع العمل المختلفة، يستخدم البعض الهيليوم أو النيتروجين أو الأرجون أو خليط من الاثنين.
شرح المميزات:
1. يمكن لحام قوس البلازما ذو الحزم الدقيقة لحام الرقائق والألواح الرقيقة.
2. مع تأثير ثقب صغير، يمكنه تحقيق اللحام أحادي الجانب والتشكيل الحر على الجانبين بشكل أفضل.
3. يتميز قوس البلازما بكثافة طاقة عالية ودرجة حرارة عمود قوس عالية وقدرة اختراق قوية. ويمكنه تحقيق 10-12mm فولاذ سميك بدون لحام مائل. يمكن لحامه من خلال التشكيل على الوجهين في وقت واحد. سرعة اللحام سريعة والإنتاجية عالية وتشوه الإجهاد صغير.
4. المعدات معقدة نسبيًا، واستهلاك الغاز كبير، والمجموعة لديها متطلبات صارمة بشأن الخلوص ونظافة قطعة العمل، وهي مناسبة فقط للحام الداخلي.
الاستخدامات
لحام البلازما هو أحد الوسائل المهمة في الإنتاج الصناعي، وخاصة لحام النحاس وسبائك النحاس والتيتانيوم وسبائك التيتانيوم والفولاذ السبائكي والفولاذ المقاوم للصدأ والموليبدينوم والمعادن الفضائية الأخرى، والتي تستخدم في الصناعات العسكرية وغيرها من الصناعات المتطورة، مثل تصنيع نوع معين من قذائف الصواريخ المصنوعة من سبائك التيتانيوم والحاويات ذات الجدران الرقيقة الجزئية على الطائرات.
التكلفة والصيانة والكفاءة التشغيلية
تتضمن بعض العوامل المتعلقة بمقارنة خيارات التقنيات بين اللحام بشعاع الليزر واللحام بقوس البلازما للتطبيقات الصناعية التكلفة والصيانة والكفاءة التشغيلية.
تحليل التكاليف
تتطلب عملية اللحام بشعاع الليزر استثمارًا أوليًا مرتفعًا نظرًا لأن المعدات معقدة مقارنة بلحام القوس البلازمي. تتراوح قيمة أنظمة اللحام بالليزر الصناعية العامة عادةً بين $200,000، في حين أن أنظمة اللحام بالقوس البلازمي لها تكاليف في مكان ما في نطاق $10,000 إلى $50,000. ومع ذلك، فإن اللحام بالبلازما لديه القدرة على تحقيق وفورات كبيرة في التكاليف على المدى الطويل بفضل زيادة معدلات المعالجة بالإضافة إلى الحد الأدنى من التشطيبات المطلوبة بعد اللحام. قد تكون تكاليف المواد الاستهلاكية في اللحام بالبلازما أعلى للاستمرار في التشغيل.
متطلبات الصيانة
نظرًا لأن الأجزاء القابلة للاستهلاك، مثل الأقطاب الكهربائية وفوهات الغاز، تتآكل بشكل متكرر، فإن أنظمة اللحام بالقوس البلازمي تتطلب عادةً صيانة أكثر تكرارًا. وعلى النقيض من ذلك، تتطلب أنظمة اللحام بالليزر عددًا أقل من المواد الاستهلاكية، لكن البصريات ومصادر الليزر الخاصة بها تحتاج إلى التنظيف وإعادة المعايرة من حين لآخر. عند الصيانة المناسبة، يمكن أن تدوم مصادر الليزر لأكثر من 20,000 ساعة مع وقت تعطل أقل. قد تتعرض أنظمة البلازما، على الرغم من كونها أبسط، لانقطاعات أكثر تكرارًا نظرًا لتآكل المواد الاستهلاكية.
كفاءة العملية
إن تقنيات اللحام بالليزر أسرع وأكثر دقة، حيث تصل سرعتها إلى 10 أمتار في الدقيقة على المواد الرقيقة، وبالتالي فهي مثالية جدًا للإنتاج الضخم. كما أنها تنتج مناطق دقيقة جدًا متأثرة بالحرارة، وبالتالي تعطي تشوهًا ضئيلًا للمادة، وبالتالي تعمل على تحسين جودة المنتج. اللحام بالبلازما فعال في المواد الأكثر سمكًا، وإن كان بسرعة أبطأ، وغالبًا ما يحتاج إلى لمسات نهائية إضافية لتنظيف اللحامات، مثل الطحن.
في حين أن اللحام بشعاع الليزر يتطلب تكاليف استثمار أعلى مقدمًا، فإن كفاءته وقلة الحاجة إلى الصيانة غالبًا ما توفر فوائد من حيث التكلفة في الأمد البعيد، وخاصة للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية. لا يزال اللحام بالقوس البلازمي جيدًا للأعمال الأقل تعقيدًا والعمليات الأصغر.
