الليزر هو شعاع من طاقة الضوء المركزة التي يتم توليدها عند طول موجي محدد. في الطبيعة، يوجد الضوء عبر طيف من الأطوال الموجية، تتراوح من الأطوال الموجية القصيرة جدًا (الأشعة السينية وأشعة جاما) إلى الأطوال الموجية الطويلة جدًا (الموجات الراديوية). لا يستطيع البشر رؤية الضوء المرئي أو "الضوء الأبيض" إلا من حوالي 430-690 نانومتر (نانومتر). شعاع الليزر هو تركيز مُضخم لطاقة الضوء عند طول موجي محدد. إنه ضوء متماسك، يسمح بالتركيز على بقعة ضيقة وشعاع ضيق على مسافات طويلة. كلمة ليزر هي اختصار لتضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المُحفز للإشعاع.
مبدأ عمل اللحام بالليزر
يتم إنتاج شعاع ليزر داخل بلورة الياقوت. تتكون بلورة الياقوت من أكسيد الألومنيوم مع الكروم المنتشر في جميع أنحاءها. والذي يتكون من حوالي 1/2000 من الكريستال، وهو أقل من الياقوت الطبيعي. يتم تركيب المرايا المطلية بالفضة داخليًا على جانبي الكريستال. يحتوي أحد جانبي المرآة على فتحة صغيرة، يخرج شعاع من خلال هذه الفتحة.
يتم وضع أنبوب فلاش حول بلورة الياقوت، والذي يتم ملؤه بغاز الزينون الخامل. تم تصميم الفلاش خصيصًا بحيث يتم تصنيعه بمعدل وميض يبلغ حوالي آلاف الومضات في الثانية.
يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية، ويتم ذلك بواسطة أنبوب الفلاش.
يتم توفير المكثف لتخزين الطاقة الكهربائية وتوفير الجهد العالي لأنبوب الوميض لأداء وظيفته بشكل مناسب.
يتم تحويل الطاقة الكهربائية المفرغة من المكثف والزينون إلى طاقة عالية إلى ضوء فلاش أبيض بمعدل 1/1000 في الثانية.
تُثار ذرات الكروم في بلورات الياقوت وتُضخّ إليها طاقة عالية. وبسبب الحرارة المتولدة، يُفقد جزء من هذه الطاقة. لكن بعض طاقة الضوء تنعكس من مرآة إلى أخرى، فتُثار ذرات الكروم مجددًا حتى تفقد طاقتها الزائدة، مُشكّلةً في آنٍ واحد حزمة ضيقة من الضوء المتماسك. يخرج هذا الضوء من خلال ثقب صغير في طرف مرآة البلورة.
يتم تركيز هذا الشعاع الضيق بواسطة عدسة التركيز البصري لإنتاج شعاع ليزر صغير مكثف على قطعة العمل.
تتغير أشعة الليزر عند تفاعلها مع المادة
يختلف امتصاص طاقة الليزر لمادة ما بناءً على عدد من العوامل، مثل الطول الموجي، وسمك المادة، والبنية البلورية، والمواد المضافة إلى المادة، والبنية الجزيئية، والمزيد. وتستفيد هذه العملية من مزايا خصائص هذه المادة والليزر لإنشاء رابطة بين مادتين بلاستيكيتين - إحداهما تنقل طاقة الليزر والأخرى تمتصها.
عندما يصطدم شعاع الليزر بأي مادة مثل البلاستيك، فإنه إما أن ينتقل أو ينعكس أو يمتص بناءً على الطول الموجي وتركيب المادة التي يصطدم بها. تظهر معظم المواد درجة ما من التأثيرات الثلاثة، ولكن بنسب متفاوتة. قد تكون المادة شفافة بصريًا للضوء في الطيف المرئي وممتصة جدًا لليزر تحت الأحمر، أو تكون معتمة لأعيننا ولكنها شفافة لليزر تحت الأحمر.
ميكانيكا اللحام بالليزر
اللحام بالليزر هو عملية تنتج اندماج المواد بالحرارة التي يتم الحصول عليها من تطبيق شعاع ضوء متماسك مركّز يصطدم بالسطوح المراد لحامها.
ويتم ذلك من خلال المراحل التالية:
1. تفاعل شعاع الليزر مع مادة قطعة العمل.
2. التوصيل الحراري وارتفاع درجة الحرارة.
3. التبخر بالصهر والالتحام: عند استخدام شعاع الليزر في اللحام، يصطدم الإشعاع الكهرومغناطيسي بسطح المعدن الأساسي بتركيز طاقة عالي بحيث تصبح درجة حرارة السطح بخارًا منصهرًا وتتشكل ذوبانات المعدن أدناه.
