دستگاه جوش لیزر

اصول پایه جوشکاری لیزری

جوشکاری لیزری بر اساس تبدیل انرژی نورانی به انرژی حرارتی عمل می‌کند. پرتو لیزر با انرژی بالا به سطح قطعه کار متمرکز می‌شود و باعث ذوب موضعی مواد در ناحیه اتصال می‌گردد. این فرآیند معمولاً در محیطی کنترل‌شده (اغلب تحت گاز محافظ) انجام می‌شود تا از اکسیداسیون و آلودگی منطقه جوش جلوگیری شود.

اجزای اصلی دستگاه جوش لیزر

1. منبع لیزر: قلب سیستم جوش لیزر که می‌تواند از نوع جامد (Nd:YAG، فایبر)، گازی (CO₂) یا دیودی باشد.

2. سیستم هدایت پرتو: شامل آینه‌ها و لنزهای مخصوص برای هدایت و متمرکز کردن پرتو لیزر.

3. سیستم خنک‌کننده: برای جلوگیری از گرمایش بیش از حد اجزای دستگاه.

4. محفظه کار یا سیستم گاز محافظ: برای ایجاد محیط مناسب جوشکاری.

5. سیستم کنترل کامپیوتری: برای تنظیم پارامترهای جوشکاری و حرکت دقیق پرتو یا قطعه کار.

6. سیستم مکانیکی یا رباتیک: برای حرکت دادن پرتو لیزر یا قطعه کار با دقت بالا.

انواع دستگاه‌های جوش لیزر بر اساس منبع لیزر

1. لیزرهای CO₂

• طول موج: 10.6 میکرومتر

• توان معمول: 1-20 کیلووات

• مناسب برای جوشکاری عمیق و مواد با ضخامت بالا

• بازده انرژی حدود 10-15%

2. لیزرهای Nd:YAG

• طول موج: 1.06 میکرومتر

• توان معمول: 50-500 وات (پالسی)، تا 6 کیلووات (پیوسته)

• مناسب برای جوشکاری دقیق و مواد نازک

• امکان انتقال پرتو via فیبر نوری

3. لیزرهای فایبر

• طول موج: 1.07 میکرومتر

• توان معمول: تا 10 کیلووات

• کیفیت پرتو عالی و بازده انرژی بالا (تا 30%)

• مناسب برای جوشکاری خودکار و صنعتی

4. لیزرهای دیسکی

• طول موج: 1.03 میکرومتر

• توان معمول: تا 16 کیلووات

• کیفیت پرتو بسیار بالا

• مناسب برای جوشکاری با سرعت بالا

5. لیزرهای دیودی

• طول موج: 800-1000 نانومتر

• بازده انرژی بسیار بالا (تا 50%)

• مناسب برای جوشکاری مواد نازک و کاربردهای حساس

پارامترهای مهم در جوشکاری لیزری

1. توان لیزر: معمولاً بین 50 وات تا 20 کیلووات بسته به کاربرد

2. قطر نقطه کانونی: معمولاً 0.1-1 میلی‌متر

3. سرعت جوشکاری: از چند میلی‌متر تا چند متر در دقیقه

4. انرژی پالس: در لیزرهای پالسی (1-50 ژول)

5. فرکانس پالس: در لیزرهای پالسی (1-100 هرتز)

6. نوع و دبی گاز محافظ: آرگون، هلیوم یا نیتروژن با دبی 5-30 لیتر در دقیقه

مزایای جوشکاری لیزری

1. تمرکز انرژی بالا: امکان جوشکاری موضعی با حداقل ناحیه متأثر از حرارت (HAZ)

2. سرعت بالا: نسبت به روش‌های سنتی جوشکاری

3. عدم نیاز به الکترود: حذف مشکلات آلودگی و سایش الکترود

4. انعطاف‌پذیری: امکان جوشکاری مواد مختلف از فلزات تا پلاستیک‌ها

5. دقت بالا: امکان جوشکاری در ابعاد میکرون

6. اتصال مواد ناهمگون: جوشکاری فلزات مختلف با خواص متالورژیکی متفاوت

7. قابلیت اتوماسیون: یکپارچه‌سازی آسان با سیستم‌های رباتیک و CNC

معایب و محدودیت‌های جوشکاری لیزری

1. هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بالا: نسبت به سیستم‌های جوشکاری سنتی

2. محدودیت در ضخامت: برای مواد بسیار ضخیم ممکن است نیاز به چند پاس باشد

3. حساسیت به تنظیمات: نیاز به تنظیم دقیق پارامترهای جوشکاری

4. خطرات ایمنی: نیاز به تجهیزات حفاظتی در برابر پرتو لیزر

5. نیاز به اتصال دقیق: فاصله بین قطعات باید بسیار کم باشد (معمولاً کمتر از 0.1mm)

کاربردهای دستگاه جوش لیزر

1. صنعت خودروسازی: جوشکاری بدنه، سیستم‌های اگزوز، باتری‌های الکتریکی

2. هوا فضا: جوشکاری پوسته هواپیما، قطعات توربین

3. الکترونیک: جوشکاری قطعات حساس، اتصالات میکرونی

4. پزشکی: ساخت ابزارهای جراحی، ایمپلنت‌ها

5. صنعت نفت و گاز: جوشکاری لوله‌ها و اتصالات تحت فشار

6. ساخت و ساز: جوشکاری سازه‌های سبک‌وزن

7. صنعت انرژی: ساخت سلول‌های خورشیدی، باتری‌ها