آشنایی با روش های جوشکاری لیزری نوین و نقش آن‌ها در صنعت

جوشکاری لیزری روشی دقیق، کاربردی است که در صنایع مختلف برای اتصال مواد به یکدیگر استفاده می‌شود. انواع مختلفی از روش‌های جوشکاری لیزری وجود دارد که هر کدام مزایا و کاربردهای منحصر به فردی را ارائه می‌دهند.

در این مطلب از شرکت روتک به بررسی انواع روش‌ های جوشکاری، انواع روش های جوشکاری لیزری و همچنین انواع دستگاه جوش لیزری می‌پردازیم؛ بنابراین اگر قصد دارید تا بیشتر با این موضوع آشنا شوید؛ با ما همراه باشید.

بیشتر بدانید: مطالعه مقاله مقایسه جوش لیزری با جوش آرگون

معرفی انواع روش‌ های جوشکاری

انتخاب روش جوشکاری به عواملی مانند نوع مواد مورد اتصال، کیفیت جوش، سرعت و بازده، و … وابسته است. با در نظر گرفتن این عوامل و مشورت با کارشناسان می‌توانید بهترین روش برای جوشکاری را پیدا کنید. در این بخش در نظر داریم تا به بررسی انواع روش‌ های جوشکاری بپردازیم:

انواع روش‌ های جوشکاری: جوش قوس الکتریکی

در این روش از قوس الکتریکی بین الکترود و ماده پایه برای ذوب و اتصال فلزات استفاده می‌کنیم. انواع مختلفی از جوشکاری قوس الکتریکی وجود دارد، از جمله:

• جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW):

همچنین به عنوان جوشکاری چوبی شناخته می‌شود، SMAW از یک الکترود مصرفی پوشیده شده در شار برای ایجاد یک سپر محافظ در اطراف حوضچه جوش استفاده می‌کند.

• جوشکاری قوس فلزی گاز (GMAW):

همچنین به عنوان جوشکاری MIG (گاز بی اثر فلز) یا MAG (گاز فعال فلزی) شناخته می‌شود، GMAW از یک الکترود سیم پیوسته و یک گاز محافظ برای محافظت از حوضچه جوش استفاده می‌کند.

• جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW):

همچنین به عنوان جوشکاری TIG (گاز بی اثر تنگستن) شناخته می‍‌‍‌‌شود، GTAW از یک الکترود تنگستن غیر مصرفی و یک گاز محافظ برای محافظت از حوضچه جوش استفاده می‌کند.

انواع روش‌ های جوشکاری: جوشکاری مقاومتی

اگر روش جوشکاری شامل اعمال فشار و عبور جریان الکتریکی از فلزات مورد اتصال باشد، به آن جوشکاری مقاومتی گفته می‌شود. گرمای تولید شده در اثر مقاومت در برابر جریان الکتریکی، فلزات را ذوب می‌کند. برخی از انواع متداول جوشکاری مقاومتی شامل جوش نقطه ای، جوش درز و جوش پیش بینی است.

انواع روش‌ های جوشکاری: جوشکاری لیزری

در روش های جوشکاری لیزری با استفاده از پرتو پر انرژی لیزر برای ذوب و اتصال فلزات استفاده می‌شود. پرتو لیزر کنترل دقیقی را فراهم می‌کند و می‌تواند روی یک نقطه کوچک متمرکز شود و امکان جوش‌های با کیفیت بالا را فراهم کند. جوشکاری لیزری همانند دستگاه برش لیزری اغلب برای کاربردهایی که نیاز به دقت و سرعت بالایی دارند، مانند صنایع خودروسازی، هوافضا و الکترونیک استفاده می‌شود.

انواع روش‌ های جوشکاری: جوشکاری با پرتو الکترونی (EBW)

جوشکاری با پرتو الکترونی از یک پرتو الکترونی با سرعت بالا برای ذوب و اتصال فلزات استفاده می‍‌کند. نفوذ عمیق و سرعت جوش بالا را ارائه می‌دهد و برای اتصال مواد ضخیم و در کاربردهایی که نیاز به جوش باریک و عمیق است( مثل صنایع هوافضا و تولید برق) کاربرد دارد.

انواع روش‌ های جوشکاری: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW)

در این روش، جوشکاری حالت جامد دارد و از یک ابزار دوار برای ایجاد اصطکاک و گرما بین فلزات مورد اتصال استفاده می‌شود. گرما فلزات را نرم می‌کند و ابزار آنها را با هم بهم می‌زند تا یک پیوند حالت جامد ایجاد کند. FSW معمولاً برای اتصال آلومینیوم و سایر فلزات غیر آهنی استفاده می‌شود. برای جوش لیزری آلومینیوم روی لینک مقاله کلیک کنید.

بیشتر بخوانید: آشنایی با کارآفرینی با دستگاه جوش لیزری

انواع روش‌ های جوشکاری لیزری

انواع روش های جوشکاری لیزری عبارت‌اند از:

جوشکاری حالت هدایت

در این روش پرتو لیزر سطح مواد را گرم کرده و باعث ذوب شدن آن و تشکیل جوش می‌شود. جوشکاری حالت هدایت برای مواد نازک مناسب است و با فلزاتی مانند فولاد و آلومینیوم به خوبی کار می‌کند.

جوشکاری با نفوذ عمیق

در این روش از پرتو لیزر پرقدرت برای ایجاد سوراخ کلید در مواد استفاده می‌شود که امکان نفوذ عمیق جوش را فراهم می‌کند. جوشکاری با نفوذ عمیق برای مواد ضخیم‌تر ایده‌آل است و می‌توان با حداقل حرارت ورودی به جوش‌هایی با کیفیت‌تر ایجاد کرد.

جوشکاری پرتو لیزر (LBW)

LBW یک فرآیند جوشکاری بدون تماس است که از پرتو لیزر متمرکز برای ذوب و اتصال دو ماده به یکدیگر استفاده می‌کند. این روش سرعت جوشکاری بالایی دارد و می‌تواند با طیف وسیعی از مواد از جمله فلزات، پلاستیک‌ها و سرامیک‌ها استفاده شود.

جوشکاری لیزر فایبر

در جوشکاری لیزر فیبر از کابل فیبر نوری برای رساندن پرتو لیزر به نقطه جوش استفاده می‌شود. این روش دقت بالایی دارد و کنترل عالی را ارائه می‌دهد و برای هر دو کاربرد جوش نقطه‌ای و جوشکاری درز مناسب است.

برای آشنایی با دستگاه جوش لیزری چیست؟ روی لینک مقاله کلیک کنید.

جوشکاری لیزری پالسی

جوشکاری لیزری پالسی از انفجارهای کوتاه انرژی لیزر برای ایجاد جوش استفاده می‌کند. این روش به ویژه برای اتصال مواد با خواص حرارتی متفاوت یا برای جوشکاری مواد نازک بدون ورودی حرارت بسیار مفید است.

جوشکاری لیزری با موج پیوسته (CW)

در جوشکاری لیزری CW از پرتو لیزر پیوسته برای ایجاد جوش پیوسته استفاده می‌شود. این روش معمولا برای جوشکاری مواد ضخیم تر و دستیابی به جوش‌های با کیفیت بالا و با نفوذ کامل استفاده ‌می‌شود.

جوشکاری لیزری هیبریدی

جوشکاری لیزری ترکیبی جوشکاری لیزری را با فرآیند جوشکاری دیگری مانند جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW) یا جوشکاری قوس پلاسما (PAW) ترکیب می‌کند. این روش افزایش سرعت جوش، بهبود کیفیت جوش و کنترل بهتر بر فرآیند جوشکاری را ارائه می‌دهد.

بیشتر بخوانید: کاربرد دستگاه جوش لیزری چیست؟

انواع لیزر در روش های جوشکاری لیزری

لیزر‌های مختلفی برای جوش لیزر استفاده می‌شوند، اما هر کدام از این لیزرها برای مصارف خاصی مناسب هستند. انتخاب نوع لیزر به عواملی مانند ماده مورد جوش، سرعت جوش مورد نیاز، کیفیت جوش مورد نظر و بودجه بستگی دارد. توجه به این عوامل و مشورت با کارشناسان جوش لیزر برای تعیین مناسب‌ترین نوع لیزر برای کاربرد خاص شما بسیار مهم است. در این بخش، شما را با انواع لیزرها در جوشکاری لیزری آشنا می‌کنیم:

لیزر دایود (Diode Laser)

بهتر است از این مدل لیزر برای جوشکاری قطعات فلزی کوچک با ضخامت کمتر از 2 میلی‌متر و برای مصارفی مثل بخش‌های مختلف صنعتی و پزشکی استفاده کنید. لیزرهای دایود از دیودهای نیمه هادی به عنوان واسطه بهره می‌برند. نور در این مدل لیزرها در طول موج های مختلف و بسته به ماده دیود خاص، ساطع می‌شود. لیزرهای دایود فشرده و کارآمد هستند و کیفیت پرتو بالایی برخوردارند. معمولا از آن‌ها برای جوشکاری نقطه‌ای و جوشکاری درز فلزات استفاده می‌شوند.

لیزر فایبر (Fiber Laser)

لیزر فایبر با استفاده از سورس لیزر، توان‌های مختلف برای جوشکاری قطعات فلزی با ضخامت‌های مختلف دارد. در این لیزرها، از کابل فیبر نوری برای ارسال پرتو لیزر استفاده می‌کنند. این لیزرها به دلیل چگالی توان بالا، سرعت، کاربرد، راندمان و کیفیت پرتو معروف هستند.

لیزر گازی (Gas Laser)

لیزر گازی برای جوشکاری قطعات فلزی بزرگ با ضخامت بالا مناسب بوده و بیشتر در مصارف صنعتی و پزشکی کاربرد دارد. لیزرهای گازی نوعی لیزر هستند که از مخلوط گاز به عنوان محیط فعال برای تولید پرتو لیزر استفاده می‌کنند. در کاربردهای جوشکاری، لیزرهای گازی به دلیل توان خروجی بالا و تطبیق پذیری معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند. لیزرهای گازی را می‌توان بر اساس نوع گاز مورد استفاده در محیط لیزر به انواع مختلفی دسته بندی کرد:

لیزرهای کربن دی‌اکسید

این نوع که از پرکاربردترین لیزرهای گازی در جوشکاری هستند، حاصل مخلوط گازی دی اکسید کربن، نیتروژن و هلیوم به عنوان محیط فعال است. لیزرهای کربن دی اکسید نور مادون قرمز را با طول موج تقریباً 10.6 میکرومتر ساطع می‌کنند. آن‌ها توان خروجی بالایی را ارائه می‌دهند و به ویژه برای جوشکاری مواد با بازتاب بالا، مانند آلومینیوم موثر هستند.

لیزرهای اگزایمر

این لیزرها حاوی گازهای نجیبی مانند آرگون، کریپتون و زنون به همراه گازهای واکنش پذیر مانند فلوئور یا کلر هستند. آنها نور فرابنفش (UV) را در طول موج‌های مختلف بسته به مخلوط گاز ساطع می‌کنند و بسیار دقیق عمل می‌کنند. این لیزرها معمولاً در جوشکاری میکرو، مانند تجهیزات الکترونیکی و پزشکی کاربرد دارند.

لیزرهای گازی مزایای متعددی در کاربردهای جوشکاری دارند. آنها معمولاً توان خروجی بالایی دارند و این امکان  را فراهم می‌کنند تا نفوذ عمیق و سرعت جوشکاری بالا را فراهم شود. لیزرهای گازی کیفیت پرتو خوبی را دارند که منجر به فرایندهای جوشکاری دقیق و کنترل شده می‌شود و به راحتی می‌تواند با استفاده از آینه‌ها و اپتیک‌ها متمرکز و هدایت کرد و باعث انعطاف پذیری در جوشکاری مواد و اشکال مختلف شود. اما توجه داشته باشید که لیزرهای گازی محدودیت‌هایی نیز دارند. این لیزرها به یک سیستم خنک کننده برای دفع گرمای تولید شده در حین کار نیاز دارند و مخلوط گاز برای عملکرد بهینه باید به دقت نگهداری شود. لیزرهای گازی معمولاً در مقایسه با انواع دیگر لیزرها بزرگ‌تر و پیچیده‌تر بوده و برای کاربردهای جوشکاری قابل حمل یا دستی مناسب‌تر هستند.

بیشتر بخوانید: جوش لیزری استیل و نازل دستگاه جوش لیزری چیست

لیزر نیتروژن (Nitrogen Laser)

این نوع لیزر برای جوشکاری قطعات فلزی با ضخامت بالا و در دماهای بسیار پایین مناسب است. لیزر نیتروژنی نوعی لیزر گازی است که از گاز نیتروژن به عنوان محیط فعال برای تولید پرتو لیزر استفاده می‌کنند. در حالی که لیزرهای نیتروژن معمولاً برای کاربردهای جوشکاری استفاده نمی‌شوند، اما کاربردهای خاصی در فرایندهای جوشکاری خاص دارند. لیزرهای نیتروژن با برانگیختن مولکول‌های نیتروژن به حالت انرژی بالاتر می‌رسانند که پس از بازگشت به حالت اولیه، نور لیزر ساطع می‌کنند. نور لیزر ساطع شده توسط لیزرهای نیتروژن معمولاً در محدوده فرابنفش (UV) با طول موج حدود 337 نانومتر است.

در جوشکاری، لیزرهای نیتروژن را می‌توان برای کاربردهای خاص مانند طیف سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS) و لایه برداری لیزری استفاده کرد. LIBS شامل استفاده از پرتو لیزر برای تولید پلاسما بر روی سطح ماده در حال جوش است که سپس می‌تواند برای تعیین ترکیب عنصری آن تجزیه و تحلیل شود. لایه برداری لیزری فرایندی است که در آن از پرتو لیزر برای ایجاد تنش فشاری بر روی سطح یک ماده، بهبود استحکام و مقاومت در برابر خستگی استفاده می‌شود.

در حالی که لیزرهای نیتروژن انرژی بالا و کنترل دقیق را ارائه می‌دهند، اما به اندازه سایر انواع لیزرها، مانند لیزرهای کربن دی اکسید یا لیزرهای فیبر، در جوشکاری استفاده نمی‍‌‌شوند. این اتفاق عمدتا به این دلیل است که لیزرهای نیتروژن معمولاً در طول موج UV کار می‌کنند که ممکن است برای جوشکاری بیشتر فلزات مناسب نباشد؛ بعلاوه کارکرد و نگهداری لیزرهای نیتروژن در مقایسه با سایر انواع لیزر پیچیده‌تر است.

لیزرهای Nd:YAG laser) Nd:YAG)

لیزرهای Nd:YAG (شامل: گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم) از یک کریستال حالت جامد به عنوان محیط افزایش استفاده می‌کنند. این لیزرها نور را در طول موج 1.064 میکرومتر ساطع می‌کنند و در کاربردهای خود همه کاره است. لیزرهای Nd:YAG قدرت بالا و کیفیت پرتو عالی دارد و برای جوشکاری دقیق فلزات، پلاستیک‌ها و سرامیک‌ها مناسب است.

لیزرهای دیسکی (Disc lasers)

لیزرهای دیسکی از یک محیط نازک دیسکی شکل استفاده می‌کنند که معمولاً از مواد کریستالی یا سرامیکی ساخته می‍‌‌‌‎شود. این لیزرها قدرت و کیفیت پرتو مناسبی دارند و برای کاربردهای جوشکاری با سرعت بالا مناسب می‌کند. لیزرهای دیسکی معمولاً برای جوشکاری فلزات استفاده می‌شوند و می‌توانند جوش‌هایی با نفوذ عمیق ایجاد کنند.

برای مطالعه مزایای دستگاه جوش لیزری روی لینک مقاله کلیک کنید.

انواع روش های جوشکاری لیزری: معرفی دستگاه جوش لیزری

دستگاه جوش لیزر دستی انواع مختلفی دارد که در ادامه به بررسی مهم‌ترین مدل‌های آن می‌پردازیم:

دستگاه جوش فایبر دستی

دستگاه جوش لیزر فایبر یک فناوری جدید در حوزه جوشکاری فلزات است که با استفاده از نور لیزر فایبر برای ایجاد اتصال حرارتی بین قطعات فلزی کاربرد دارد. نور لیزر فایبر از طریق یک الیاف نوری به دستگاه جوشکاری منتقل می‌شود و در نقطه مورد نظر تمرکز می‌یابد.

دستگاه جوش فایبر دستی قدرت و سرعت بالایی دارد و به راحتی قادر به جوشکاری قطعات فلزی ضخیم و نازک است. از این دستگاه معمولاً در برای تعمیر و ترمیم بخش‌های مختلفی مثل صنعت هوا و فضا، ترمیم و تعمیر قطعات فلزی، صنعت خودروسازی، جوشکاری قطعات فلزی و … استفاده می‌شود.

این دستگاه به صورت یک تفنگ طراحی شده است (دستگاه جوش تفنگی چیست) و دارای قابلیت هدایت و تمرکز پرتو لیزر بر روی نقطه جوشکاری است. این دستگاه معمولا برای جوشکاری قطعات فلزی کوچک و دقیق کاربرد دارد. برای انجام جوشکاری، پرتو لیزر به صورت متمرکز و بر روی نقطه مورد نظر عمل می‌کند و با افزایش دما، قطعات فلزی به هم جوش می‌خورند.

مزایا و کاربردهای دستگاه جوش لیزری دستی دستی عبارت‌اند از:

• کاربرد در صنایعی مانند الکترونیک، پزشکی، جواهرسازی و ساعت‌سازی
• قابلیت جوشکاری دقیق و کنترل پذیر با حداقل تغییر در ساختار مواد
• عدم نیاز به مصرف مواد آمیخته جوشکاری، مانند الکترودها یا سیم جوش
• تولید حرارت محدود و کاهش خطر تغییرات حرارتی در قطعات

برای آشنایی با جزییات جوش لیزری دستی چیست روی لینک مقاله کلیک کنید.

دستگاه جوش طلا

از دیگر انواع روش های جوشکاری لیزری، می‌توان به جوش لیزری طلا اشاره کرد که کیفیت، موقعیت‌یابی دقیق و سرعت بالایی در جوشکاری انواع فلزات استیل و تیتانیوم (تجهیزات دقیق جراحی)، طلا ونقره (جواهرسازی)، برنج و برنز (تزیینات) و … اشاره کرد. جوشکاری برنز را در این مقاله مطالعه کنید.

دستگاه جوش طلا دارای دقت بالایی در جوشکاری است که کمترین اثر ظاهری جوش را روی فلزات گران‌بها باقی گذاشته و نیازی به عملیات پرداخت سنگینی پس از جوشکاری نخواهد داشت.

دستگاه جوش لیزر حمل‌ونقل‌پذیر

این دستگاه‌ها کوچک و قابل حمل بوده و برای اتصال قطعات فلزی در محل‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه باتری قابل شارژ دارد و حمل و نقل آن بسیار آسان است.

دستگاه جوش لیزر خودکار

این دستگاه‌ها به صورت خودکار عمل می‌کنند و معمولاً برای خطوط تولید صنعتی استفاده می‌شوند. این دستگاه در دو مدل سیستم‌های اتوماسیون و رباتیک برای اتصال قطعات فلزی با دقت و سرعت بالا کاربرد دارد.

دستگاه جوش لیزر با فوکوس دوگانه

این دستگاه‌ دو لنز فوکوس کننده دارد که امکان تنظیم نقطه فوکوس را فراهم می‌کند و این امکان را به عملگر می‌دهد تا در دو عمق مختلف جوشکاری را انجام دهد.

دستگاه جوش لیزر با سیستم تعقیب خودکار

این دستگاه‌ دارای سیستم‌های اپتیکی و کنترلی هستند که به طور خودکار قطعات فلزی را تعقیب و موقعیت دقیق جوشکاری را تنظیم می‌کنند و این امکان به عملگر می‌دهد تا بدون نیاز به تنظیم دستی، جوشکاری را انجام دهند.

مطالعه مقاله: رفع عیوب جوشکاری با دستگاه جوش لیزری 

برای آشنایی با نکات ایمنی دستگاه جوش لیزری روی لینک کلیک کنید.

انواع روش های جوشکاری لیزری

جوشکاری با لیزر یک روش پیشرفته برای اتصال قطعات فلزی است که با استفاده از انرژی لیزر، اتصالات دقیق و محکمی را ایجاد می‌کند. در ادامه این بخش به معرفی انواع جوشکاری با لیزر می‌پردازیم:

جوشکاری نقطه‌ای (Spot Welding)

در این روش، انرژی لیزر به صورت نقاط کوچک روی سطح قطعات فلزی ایجاد می‌شود. از این روش برای اتصال نقاط خاص در قطعات فلزی کوچک و دقیق استفاده می‌شود.

جوشکاری سریع (High-Speed Welding)

در روش جوشکاری سریع، انرژی لیزر به صورت ناپیوسته و با سرعت بالا بر روی قطعه فلزی تمرکز می‌شود. این روش به دلیل سرعت بالا، منجر به جوشکاری سریعتر و کاهش زمان اتصال قطعات فلزی می‌شود.

جوشکاری متمرکز (Keyhole Welding)

در این روش، با استفاده از برش لیزری، یک سوراخ متمرکز در قطعه فلزی ایجاد می‌شود و در ادامه انرژی لیزر به داخل سوراخ متمرکز می‌شود تا با تزریق مواد جوشکاری، اتصال محکمی را بین قطعات فلزی ایجاد کند.

جوشکاری پراکنده (Scattered Welding)

اگر انرژی لیزر به صورت پراکنده روی سطح قطعات فلزی متمرکز شود، جوشکاری پراکنده نامیده می‌شود. این روش منجر به اتصال قطعات فلزی با حفظ دقت و کیفیت بالا می‌شود.

جوشکاری پوششی (Conduction Welding)

زمانی‌که انرژی لیزر به صورت مستقیم روی سطح قطعه فلزی تمرکز پیدا کند و سپس حرارت از سطح به داخل قطعه فلزی منتقل شود می‌توان با اتصال مواد جوشکاری، اتصال محکمی را بین قطعات فلزی ایجاد کرد.

روش‌های مدرن و جدید

توسعه روش‌های جدیدی مثل جوشکاری پالسی (Pulsed Welding) و جوشکاری سریع با فوکوس دوگانه (Dual-Focus High-Speed Welding) نیز از دیگر روش‌های جوش لیزری دستی است که بسته به شرایط و متریال در دسترس مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بیشتر بخوانید: چه متریالی را میتوان با دستگاه جوش لیزر جوش داد؟

جمع بندی موضوع انواع روش‌ های جوشکاری

روش های جوشکاری لیزری که به عنوان یک روش پیشرفته در جوشکاری شناخته می‌شود که با استفاده از لیزر، قطعات فلزی مورد نظر را به هم جوش می‌دهد و باعث ذوب شدن منطقه مدنظر جوش و ایجاد اتصالات محکم بین قطعات می‌شود. در این روش که به دلیل سرعت، قدرت ذوب، دقت و کاربردهایی که دارد، یکی از آیتم‌های مهم در پیشرفت صنایع شمرده می‌شود، از انواع روش‌ های جوشکاری در صنایعی مثل خودروسازی، الکترونیک، هوافضا، پزشکی و … استفاده می‌شود.

دستگاه جوش بدون الکترود چیست؟

در این مطلب از شرکت روتک، به بررسی انواع روش‌ های جوشکاری و انواع روش های جوشکاری لیزری پرداختیم. شرکت روتک؛ پشتیبان صنعت لیزر کشور آماده عقد قرارداد و همکاری با موسسات و شرکت‌های مختلف است. شما می‌توانید با دریافت مشاوره از کارشناسان مجرب ما، مناسب‌ترین دستگاه لیزر را انتخاب  تهیه کنید. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره خرید و آشنایی با دستگاه‌های لیزر مختلف به سایت روتک سر بزنید و با ما تماس حاصل کنید.