آشنایی با پارامترهای جوش لیزری

پارامترهای جوش لیزری | جوشکاری لیزری یکی از فناوری‌های پیشرفته در صنعت جوشکاری است که با استفاده از پرتوهای متمرکز لیزر، امکان اتصال دقیق و با کیفیت قطعات فلزی را فراهم می‌کند. در فرایند جوشکاری لیزری، تنظیم و کنترل پارامترهای مختلف از جمله توان لیزر، فرکانس پرتو، سرعت جوشکاری، زاویه هد جوش، نوع و فشار گاز محافظ، تاثیر مستقیمی بر کیفیت نهایی جوش دارند. انتخاب صحیح و بهینه‌سازی این پارامترها می‌تواند منجر به بهبود استحکام، ظاهر و دوام اتصال شود؛ بنابراین، درک عمیق و دقیق از هر یک از این پارامترها و نحوه تعامل آن‌ها با یکدیگر، برای دستیابی به نتایج مطلوب در دستگاه جوش لیزری ضروری است.     

پارامترهای جوش لیزری: توان لیزر

توان لیزر یکی از پارامترهای مهم در فرایند جوشکاری لیزری است که به طور مستقیم بر کیفیت جوش تاثیر می‌گذارد. با افزایش توان لیزر، انرژی بیشتری به منطقه جوش وارد می‌شود که این موضوع باعث افزایش عمق نفوذ و بهبود استحکام جوش می‌گردد. اما اگر توان لیزر بیش از حد باشد، ممکن است عیوبی مانند تخلخل، ترک و اعوجاج در جوش ایجاد شود؛ بنابراین، تنظیم دقیق توان لیزر برای دستیابی به جوشی با کیفیت و استحکام مناسب بسیار اهمیت دارد. انتخاب توان لیزر به ویژگی‌های متریال مانند ضریب جذب، رسانایی حرارتی و ضخامت قطعه کار بستگی دارد. برای مواد با ضریب جذب پایین یا رسانایی حرارتی بالا، توان بیشتری لازم است تا انرژی کافی برای ایجاد حوضچه مذاب فراهم شود.

پارامترهای جوش لیزری: فرکانس پرتو لیزر

فرکانس پرتو لیزر یکی از پارامترهای کلیدی در جوشکاری لیزری است که به طور مستقیم بر کیفیت و ویژگی‌های جوش تاثیر می‌گذارد. فرکانس پرتو لیزر به تعداد پالس‌های لیزر در واحد زمان گفته می‌شود و با واحد هرتز (Hz) اندازه‌گیری می‌شود. لیزر در فرایند جوشکاری می‌تواند به دو صورت پیوسته یا پالسی عمل کند. در حالت پالسی، فرکانس مشخص می‌کند که چند پالس در ثانیه تولید می‌شود که این امر بر میزان انرژی ورودی به منطقه جوش تاثیرگذار است. تنظیم مناسب فرکانس لیزر می‌تواند به توزیع یکنواخت انرژی کمک کند. فرکانس‌های بالاتر باعث تولید پالس‌های کوتاه‌تر و مکرر می‌شوند که به کاهش حرارت ورودی و جلوگیری از اعوجاج قطعه کار کمک می‌کند. در مقابل، فرکانس‌های پایین‌تر با پالس‌های طولانی‌تر انرژی بیشتری را در هر پالس منتقل می‌کنند که برای جوشکاری مواد ضخیم‌تر مناسب‌تر است.

پارامترهای جوش لیزری: سرعت جوشکاری

سرعت جوشکاری تعیین می‌کند که پرتو لیزر چه مدت زمانی بر روی نقطه مشخصی از قطعه کار متمرکز باشد. هرچه سرعت جوشکاری بیشتر باشد، زمان ماندگاری پرتو لیزر کمتر شده و به تبع آن، انرژی ورودی به منطقه جوش کاهش می‌یابد. برعکس، با کاهش سرعت جوشکاری، زمان ماندگاری پرتو افزایش یافته و انرژی بیشتری به ناحیه جوش وارد می‌شود که منجر به افزایش حرارت در آن منطقه می‌گردد.

مشکلات و عیوب مرتبط با سرعت‌های بالا و پایین

پارامترهای جوش لیزری: پهنای جوش

پهنای جوش یکی از ویژگی‌های کلیدی در فرایند جوشکاری لیزری است که تاثیر مستقیمی بر استحکام و کیفیت اتصال دارد. این بخش به بررسی عوامل موثر بر پهنای جوش، تاثیر پارامترهای فرایندی بر آن و روش‌های کنترل پهنای جوش می‌پردازد.

پارامترهای جوش لیزری: زاویه بین هد جوش و محل جوشکاری

در فرایند جوشکاری لیزری، زاویه بین هد جوش و محل جوشکاری (زاویه هد) نقش مهمی در کیفیت و ویژگی‌های جوش ایفا می‌کند. زاویه هد به زاویه‌ای اطلاق می‌شود که بین محور پرتو لیزر و سطح قطعه کار در نقطه جوشکاری وجود دارد. این زاویه می‌تواند عمود (90 درجه) یا مایل باشد و بسته به نیازهای فرایند و طراحی قطعه کار تنظیم می‌شود.

پارامترهای جوش لیزری: نوع گاز محافظ

در فرایند جوشکاری لیزری، انتخاب گاز محافظ مناسب نقش حیاتی در کیفیت جوش دارد. این گازها با ایجاد محیطی کنترل‌شده، از اکسیداسیون حوضچه مذاب جلوگیری کرده و خواص مکانیکی جوش را بهبود می‌بخشند. همچنین، گازهای محافظ می‌توانند با کاهش تشکیل بخارات فلزی و جلوگیری از پراکندگی پرتو لیزر، عمق نفوذ جوش را افزایش دهند.

گازهای محافظ متداول در جوشکاری لیزری عبارت‌اند از:

• آرگون: گازی بی‌اثر و سنگین‌تر از هوا که پوشش مناسبی ایجاد می‌کند و حرارت کمتری در حوضچه جوش ایجاد می‌کند. با این حال، آرگون نسبت به یونیزاسیون بخارات فلزی در دمای بالا حساس است، که می‌تواند منجر به کاهش نفوذ جوش شود.
• هلیوم: سبک‌تر است و به سرعت از منطقه جوش خارج می‌شود. به دلیل عدم یونیزاسیون، انرژی پرتو لیزر به خوبی به سطح قطعه منتقل می‌شود. هلیوم به راحتی یونیزه نمی‌شود و این عامل موجب می‌شود که لیزر به آرامی عبور کند و انرژی پرتو بدون مانع به سطح قطعه کار برسد. این موثرترین گاز محافظ مورد استفاده در جوشکاری لیزری است، اما قیمت آن نسبتا گران است.
• نیتروژن: ارزان‌تر است، اما برای جوشکاری برخی از فولادهای ضدزنگ مناسب نیست. نیتروژن به عنوان ارزان‌ترین گاز محافظ است، اما برای جوشکاری انواع خاصی از فولاد ضد زنگ مناسب نیست. عمدتا به دلیل مسائل متالورژیکی مانند جذب و گاهی اوقات منافذی که در ناحیه همپوشانی در جوشکاری لیزری ایجاد می‌کند.

انتخاب گاز محافظ باید بر اساس نوع متریال، ضخامت قطعه کار و شرایط فرایند انجام شود. به عنوان مثال، برای فولادهای ضدزنگ، استفاده از آرگون یا هلیوم مناسب‌تر است و برای آلومینیوم، هلیوم به دلیل بهبود نفوذ جوش ترجیح داده می‌شود. همچنین، ترکیب گازهای مختلف مانند آرگون و هلیوم می‌تواند خواص جوش را بهبود بخشد.

پارامترهای جوش لیزری: فشار گاز محافظ

در فرایند جوشکاری لیزری، تنظیم فشار گاز محافظ اهمیت زیادی در کیفیت جوش دارد. فشار گاز مناسب از مشکلاتی مانند اکسیداسیون و تخلخل جلوگیری کرده و باعث افزایش استحکام جوش می‌شود. اگر فشار گاز محافظ کمتر از حد لازم باشد، ممکن است پوشش کافی روی حوضچه مذاب ایجاد نشود و در نتیجه اکسیداسیون رخ دهد که کیفیت جوش را کاهش می‌دهد. در مقابل، فشار بیش از حد می‌تواند باعث ایجاد تلاطم در جریان گاز و بی‌ثباتی قوس جوش شود که این نیز کیفیت را تحت تاثیر قرار می‌دهد. به همین دلیل، تنظیم دقیق فشار و دبی گاز بسیار مهم است. استفاده از رگولاتورهای دقیق برای تنظیم فشار، مانیتورینگ مداوم در حین جوشکاری و کالیبراسیون منظم دستگاه، از جمله روش‌های موثر برای کنترل فشار گاز و بهبود کیفیت جوش هستند.

پارامترهای جدول اول فقط برای مرجع هستند و تغییرات پارامتر عمدتاً بر اساس قدرت لیزر، روش جوشکاری متریال‌ها و عرض جوش تنظیم می‌شود.
نکته: هرچه صفحه ی جوشکاری نازک‌تر باشد، قدرت کمتر خواهد بود و در شرایط عادی و حالت خط، پارامترهای کنترل هد لیزر برای جوشکاری گوشه خارجی، جوش مورب مناسب‌تر است و نوع O اساسا برای اکثر جوشکاری‌ها مناسب است.

جدول پارامترهای جوش لیزری (حالت خطی)

شماره	متریال	روش‌ها و متریال‌های جوشکاری	پارامترهای حالت خطی						نمونه
			کنترل لیزر			کنترل موتور
			توان (وات)	فرکانس (هرتز)	چرخه کار	حالت کارکرد	فرکانس (هرتز)	طول (میلی‌متر)
1	آهن	0.5 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 300W	3000-5000	60-80%	line	12-22	1.2-1.8
2		0.5 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 300W	3000-5000	60-80%	line	12-22	1.2-1.8
3		0.5 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 300W	3000-5000	60-80%	line	12-22	1.6-2.8
4		0.5 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 300W	3000-5000	60-80%	line	12-22	1.6-2.8
5		1 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 450W	3000-5000	100%	line	8-16	1.2-1.8
6		1 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 450W	3000-5000	100%	line	8-16	1.2-1.8
7		1 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 450W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
8		1 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 450W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
9		0.5 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 700W	3000-5000	100%	line	8-16	1.2-1.8
10		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 700W	3000-5000	100%	line	8-16	1.2-1.8
11		2 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 700W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
12		2 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 700W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
13		4 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 1300W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
14		4 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 1300W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
15	آلومینیوم	1 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 700W	3000-5000	100%	line	4-12	0.8-1.8
16		1 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 700W	3000-5000	100%	line	4-12	1.6-2.8
17		1 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 700W	3000-5000	100%	line	4-12	1.6-2.8
18		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 1200W	3000-5000	100%	line	4-12	1.2-1.8
19		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 1200W	3000-5000	100%	line	4-12	1.6-2.8
20		2 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 1200W	3000-5000	100%	line	4-12	1.6-2.8
21	سزیم	1 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 450W	3000-5000	100%	line	8-16	1.2-2
22		1 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 450W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
23		1 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 450W	3000-5000	100%	line	4-16	1.6-2.8
24		1 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 450W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
25		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 700W	3000-5000	100%	line	8-16	1.2-2
26		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 700W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
27		2 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 700W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
28		4 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 1200W	3000-5000	100%	line	8-16	1.2-2
29		جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 1200W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8
30		4 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 1200W	3000-5000	100%	line	8-16	1.6-2.8

نکته:

• پهنای نوسان گالوانومتر را با توجه به عرض جوش صفحه مورد نظر تنظیم کنید.
• مصرف انرژی لیزر متناسب با ضخامت صفحه است، هرچه صفحه ضخیم تر باشد، قدرت لیزر بیشتر است و بالعکس.
• پارامترهای صفحات نازک کمتر از 1.0 متفاوت است و پارامترهای چرخه کار لیزر با توجه به درجات مختلف صفحه نازک تغییر می‌کند که عمدتا بر توانایی نفوذ جوش صفحات نازک تاثیر می‌گذارد.
• حالت خط برای اکثر جوشکاری‌ها، مانند جوشکاری مورب و جوشکاری مسطح مناسب است.
• فرکانس تفنگ جوشکاری در محدوده 4-20 است و توان استفاده از صفحات مختلف را می‌توان کمی تنظیم کرد.
• حالت جوشکاری O-mode معمولا برای انواع جوشکاری مناسب هستند که باعث می‌شود متریال‌ها کاملاً ذوب شده و جوشکاری بهتر و پایدارتر از حالت خطی باشد؛ بنابراین این روش نیازمندی‌های بالاتری برای قدرت لیزر دارند.

جدول پارامترهای جوش لیزری (حالت O)

شماره	متریال	روش‌ها و متریال‌های جوشکاری	پارامترهای حالت O						نمونه
			کنترل لیزر			کنترل موتور
			توان (وات)	فرکانس (هرتز)	چرخه کار	حالت کارکرد	فرکانس (هرتز)	طول (میلی‌متر)
1	آهن	0.5 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 350W	3000-5000	60-80%	O	12-22	0.8-1.8
2		0.5 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 350W	3000-5000	60-80%	O	12-22	0.8-1.8
3		0.5 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 350W	3000-5000	60-80%	O	12-22	1.4-2.8
4		0.5 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 350W	3000-5000	60-80%	O	12-22	1.4-2.8
5		1 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 500W	3000-5000	100%	O	8-16	0.8-1.8
6		1 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 500W	3000-5000	200%	O	8-16	0.8-1.8
7		1 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 500W	3000-5000	300%	O	8-16	1.4-2.8
8		1 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 500W	3000-5000	400%	O	8-16	1.4-2.8
9		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 750W	3000-5000	500%	O	8-16	0.8-1.8
10		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 750W	3000-5000	600%	O	8-16	0.8-1.8
11		2 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 750W	3000-5000	700%	O	8-16	1.4-2.8
12		2 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 750W	3000-5000	800%	O	8-16	1.4-2.8
13		4 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 1350W	3000-5000	900%	O	8-16	1.4-2.8
14		4 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 1350W	3000-5000	1000%	O	8-16	1.4-2.8
15	آلومینیوم	1 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 750W	3000-5000	1100%	O	4-12	0.8-1.8
16		1 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 750W	3000-5000	1200%	O	4-12	1.4-2.8
17		1 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 750W	3000-5000	1300%	O	4-12	1.4-2.8
18		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 1300W	3000-5000	1400%	O	4-12	0.8-1.8
19		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 1300W	3000-5000	1500%	O	4-12	1.4-2.8
20		2 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 1300W	3000-5000	1600%	O	4-12	1.4-2.8
21	سزیم	1 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 500W	3000-5000	100%	O	8-16	1.2-2
22		1 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 500W	3000-5000	100%	O	8-16	1.6-2.8
23		1 میلیمتر جوشکاری مورب	حدود 500W	3000-5000	100%	O	4-16	1.6-2.8
24		1 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 500W	3000-5000	100%	O	8-16	1.6-2.8
25		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 750W	3000-5000	100%	O	8-16	1.2-2
26		2 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 750W	3000-5000	100%	O	8-16	1.6-2.8
27		2 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 750W	3000-5000	100%	O	8-16	1.6-2.8
28		4 میلیمتر جوشکاری گوشه (داخلی)	حدود 1250W	3000-5000	100%	O	8-16	1.2-2
29		4 میلیمتر جوشکاری گوشه (خارجی)	حدود 1250W	3000-5000	100%	O	8-16	1.6-2.8
30		4 میلیمتر جوشکاری تخت	حدود 1250W	3000-5000	100%	O	8-16	1.6-2.8

معرفی دستگاه 3 کاره جوش لیزری

دستگاه 3 کاره (دستگاه جوش لیزری چیست؟) یک محصول چندمنظوره و پیشرفته است که با استفاده از تکنولوژی لیزر فایبر، سه عملکرد مختلف شامل جوشکاری لیزری، برش فلزات و تمیزکاری (زنگ‌زدایی) را ارائه می‌دهد. این دستگاه با تعویض سر نازل به راحتی از حالت جوشکاری به برش و تمیزکننده تغییر می‌کند. جوشکاری لیزری این دستگاه با دقت بالا و تاثیر حرارتی کم، اتصالاتی با استحکام فوق‌العاده ایجاد می‌کند. قابلیت برش فلزات نازک و متوسط مانند استیل و آهن با لبه‌های تمیز و دقیق، از ویژگی‌های دیگر آن است. همچنین، با استفاده از سر تمیزکننده، امکان زنگ‌زدایی و پاکسازی سطح فلزات به سرعت و بدون آسیب به متریال فراهم می‌شود. دستگاه در توان‌های مختلف (1500، 2000 و 3000 وات) عرضه شده و به دلیل انعطاف‌پذیری بالا، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، پزشکی و ساخت‌وساز دارد.

 نتیجه‌گیری

یافته‌ها نشان می‌دهند که تنظیم دقیق پارامترهایی مانند توان لیزر، فرکانس پرتو، سرعت جوشکاری، زاویه هد، نوع و فشار گاز محافظ تاثیر چشمگیری بر کیفیت، استحکام و ظاهر جوش دارد. توان لیزر و فرکانس پرتو به‌طور مستقیم بر عمق و پهنای جوش تاثیر می‌گذارند، در حالی که سرعت جوشکاری و زاویه هد تعیین‌کننده دقت و یکنواختی اتصال هستند. همچنین، انتخاب نوع گاز محافظ و تنظیم فشار آن، برای جلوگیری از اکسیداسیون و بهبود ویژگی‌های مکانیکی جوش ضروری است.