دليل أساسيات اللحام بالليزر

أساسيات اللحام بالليزر

اللحام بالليزر هو عملية غير تلامسية تتطلب الوصول إلى منطقة اللحام من جانب واحد للأجزاء التي يتم لحامها.

• يتم تشكيل اللحام عندما يقوم ضوء الليزر المكثف بتسخين المادة بسرعة كبيرة - يتم حساب ذلك عادةً بالمللي ثانية.

• هناك عادة ثلاثة أنواع من اللحامات:

- وضع التوصيل.

- وضع التوصيل/الاختراق.

- وضع الاختراق أو ثقب المفتاح.

• يتم إجراء اللحام بطريقة التوصيل عند كثافة طاقة منخفضة مما يشكل كتلة لحام ضحلة وواسعة.

• يحدث وضع التوصيل/الاختراق عند كثافة طاقة متوسطة، ويظهر اختراقًا أكبر من وضع التوصيل.

• يتميز اللحام بطريقة الاختراق أو ثقب المفتاح بوجود لحامات ضيقة عميقة.

- في هذا الوضع، يشكل ضوء الليزر خيطًا من مادة متبخرة تعرف باسم "ثقب المفتاح" يمتد إلى المادة ويوفر قناة لتوصيل ضوء الليزر بكفاءة إلى المادة.

- لا يعتمد هذا التسليم المباشر للطاقة إلى المادة على التوصيل لتحقيق الاختراق، وبالتالي يقلل من الحرارة في المادة ويقلل من منطقة التأثر بالحرارة.

لحام التوصيل

• يصف التوصيل التوصيلي مجموعة من العمليات التي يتم فيها تركيز شعاع الليزر:

- لإعطاء كثافة طاقة في حدود 10³ Wmm⁻²

- يقوم بدمج المواد لإنشاء مفصل دون تبخر كبير.

• اللحام التوصيلي له وضعان:

-التدفئة المباشرة

- نقل الطاقة.

الحرارة المباشرة

• أثناء التسخين المباشر،

- يتم التحكم في تدفق الحرارة عن طريق التوصيل الحراري الكلاسيكي من مصدر الحرارة السطحية ويتم اللحام عن طريق إذابة أجزاء من المادة الأساسية.

• تم إجراء اللحامات التوصيلية الأولى في أوائل الستينيات، باستخدام الياقوت النبضي منخفض الطاقة و CO2 ليزر للموصلات السلكية.

• يمكن إجراء اللحامات التوصيلية في مجموعة واسعة من المعادن والسبائك في شكل أسلاك وصفائح رقيقة في تكوينات مختلفة باستخدام.

- CO2 ، ليزر Nd:YAG والثنائي الضوئي بمستويات طاقة تصل إلى عشرات الواط.

-التدفئة المباشرة بواسطة CO2 يمكن أيضًا استخدام شعاع الليزر في اللحامات المتداخلة والمتقطعة في صفائح البوليمر.

لحام النقل

• اللحام بالنقل هو وسيلة فعالة لربط البوليمرات التي تنقل الأشعة تحت الحمراء القريبة من ليزر Nd:YAG والثنائي.

• يتم امتصاص الطاقة من خلال طرق امتصاص الواجهة الجديدة.

• يمكن ربط المواد المركبة بشرط أن تكون الخصائص الحرارية للمصفوفة والتعزيزات متشابهة.

• يتم استخدام طريقة نقل الطاقة في اللحام التوصيلي مع المواد التي تنقل الأشعة تحت الحمراء القريبة، وخاصة البوليمرات.

• يتم وضع حبر ماص عند واجهة المفصل المتداخل. يمتص الحبر طاقة شعاع الليزر، والتي تنتقل إلى سمك محدود من المادة المحيطة لتكوين طبقة واجهة منصهرة تتصلب كمفصل ملحوم.

• يمكن تصنيع وصلات متداخلة ذات مقطع سميك دون إذابة الأسطح الخارجية للمفصل.

• يمكن إجراء اللحامات الطرفية عن طريق توجيه الطاقة نحو خط المفصل بزاوية من خلال مادة على جانب واحد من المفصل، أو من أحد الطرفين إذا كانت المادة شديدة النفاذية.

اللحام بالليزر واللحام

• في عمليات اللحام بالليزر واللحام باللحام، يتم استخدام الشعاع لإذابة إضافة حشو، والتي تبلل حواف المفصل دون إذابة المادة الأساسية.

• بدأت عملية اللحام بالليزر تكتسب شعبية في أوائل الثمانينيات من القرن العشرين لتوصيل أسلاك المكونات الإلكترونية من خلال فتحات في لوحات الدوائر المطبوعة. يتم تحديد معلمات العملية من خلال خصائص المواد.

اللحام بالليزر الاختراقي

• عند كثافات الطاقة العالية، تتبخر جميع المواد إذا كان من الممكن امتصاص الطاقة. وبالتالي، عند اللحام بهذه الطريقة، عادة ما تتشكل فتحة عن طريق التبخر.

• يتم بعد ذلك عبور هذه "الفتحة" عبر المادة مع إغلاق الجدران المنصهرة خلفها.

• النتيجة هي ما يعرف باسم "لحام ثقب المفتاح". يتميز هذا اللحام بمنطقة الاندماج ذات الجانبين المتوازيين والعرض الضيق.

كفاءة اللحام بالليزر

• المصطلح الذي يستخدم لتعريف هذا المفهوم من الكفاءة يُعرف باسم "كفاءة الانضمام".

• كفاءة الانضمام ليست كفاءة حقيقية حيث أن وحداتها هي (مم2 انضمام /كيلوجول مزود).

- الكفاءة = Vt/P (معكوس الطاقة النوعية في القطع) حيث V = سرعة القطع، مم/ثانية؛ t = سمك اللحام، مم؛ P = القدرة الواردة، كيلووات.

الانضمام إلى الكفاءة

• كلما زادت قيمة كفاءة التوصيل، كلما قلت الطاقة المستهلكة في التدفئة غير الضرورية.

- منطقة التأثير الحراري المنخفضة (HAZ).

- تشويه أقل.

• يعتبر اللحام بالمقاومة هو الأكثر كفاءة في هذا الصدد لأن طاقة الاندماج والمنطقة ذات المقاومة العالية يتم توليدها فقط عند واجهة المقاومة العالية التي يجب لحامها.

• تتمتع أشعة الليزر والإلكترون أيضًا بكفاءات جيدة وكثافات طاقة عالية.

اختلافات العملية

• اللحام باستخدام الليزر المعزز بالقوس الكهربائي.

- سيتم قفل القوس الصادر من مشعل TIG المثبت بالقرب من نقطة تفاعل شعاع الليزر تلقائيًا على النقطة الساخنة التي يولدها الليزر.

- درجة الحرارة المطلوبة لهذه الظاهرة تعادل حوالي 300 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة.

- التأثير هو إما تثبيت القوس غير المستقر بسبب سرعته الدائرية أو تقليل مقاومة القوس المستقر.

- يتم القفل فقط في حالة الأقواس ذات التيار المنخفض وبالتالي نفث الكاثود البطيء؛ أي في حالة التيارات الأقل من 80 أمبير.

– القوس موجود على نفس جانب قطعة العمل مثل الليزر مما يسمح بمضاعفة سرعة اللحام من أجل زيادة متواضعة في تكلفة رأس المال.

• لحام الليزر ثنائي الشعاع

- إذا تم استخدام شعاعين ليزر في وقت واحد، فمن الممكن التحكم في هندسة حوض اللحام وشكل حبة اللحام.

- باستخدام شعاعين إلكترونيين، يمكن تثبيت ثقب المفتاح مما يتسبب في حدوث موجات أقل في حوض اللحام وإعطاء اختراق وشكل خرز أفضل.

- إكسيمر و CO2 أظهرت مجموعة شعاع الليزر إمكانية تحسين الاقتران من أجل لحام المواد ذات الانعكاسية العالية، مثل الألومنيوم أو النحاس.

- تم النظر إلى الاقتران المعزز بشكل أساسي بسبب:

• تغيير الانعكاسية عن طريق التموج السطحي الناتج عن الإكسيمر.

• تأثير ثانوي ناتج عن الاقتران من خلال البلازما المولدة بالإكسيمر.