فرآیند جوشکاری با لیزر، تکنولوژی پیشرفته‌ای است که می‌تواند با دقت بالا، باعث اتصال مواد با جنس‌های مختلف شود. برای این جوشکاری باید متریال مناسبی انتخاب کنید. انتخاب متریال مناسب به عوامل متعددی بستگی دارد که شامل خواص فیزیکی و شیمیایی ماده، نوع لیزر، کاربرد جسم و ضخامت قطعه است.
انواع متریال مناسب برای جوشکاری با لیزر
با استفاده از جوشکاری لیزری می‌توان متریال مختلفی چون فلزات و غیر فلزات را به همدیگر متصل کرد. در ادامه به برخی از متداول‌ترین موادی که به طور گسترده برای جوشکاری لیزری استفاده می‌شوند اشاره می‌کنیم.
فلزات
با استفاده از جوشکاری لیزری می‌توان طیف گسترده‌ای از فلزات را به همدیگر وصل کرد. برخی از رایج‌ترین فلزاتی که برای جوشکاری لیزری از آنها استفاده می‌شوند را در ادامه معرفی کرده ایم. هر کدام از این فلزها ویژگی‌های خاصی دارند و برای جوشکاری لیزری بر روی آنها اقدامات مخصوصی انجام می‌گیرد.
فولادهای کربنی
فولادهای کربنی خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار خوبی دارند و از طرفی قیمت آنها هم مناسب است، به همین خاطر از این فلزات به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می‌شود. جوشکاری لیزری فولادهای کربنی باعث می‌شود که اتصال‌های با کیفیت و قوی بین آنها ایجاد شود.
فولادهای ضد زنگ
نوع دیگر از فلزاتی که در جوشکاری لیزری استفاده می‌شوند، فولادهای ضد زنگ هستند. فولادهای ضد زنگ به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، در صنایع مختلف مثل صنایع دارویی، شیمیایی و غذایی کاربرد دارند.
جوشکاری لیزری فولادهای ضد زنگ کیفیت بالایی دارد، چون حداقل تغییرات در ساختار آن را به وجود می‌آورد که بسیار ناچیز و جزئی هستند.
آلومینیوم
فلز آلومینیوم وزن بسیار سبکی داشته و در عین حال هدایت حرارتی آن بالا است. این فلز در صنایع خودروسازی و هوا فضا کاربرد بسیار زیادی دارد. فرآیند جوشکاری لیزری آلومینیوم به تنظیم دقیق پارامترهای جوشکاری نیاز دارد. با استفاده از تجهیزات مناسب می‌توان فرآیند جوشکاری را با کیفیت بالایی انجام داد.
مس
فلز مس خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی دارد و به همین خاطر در صنایع الکترونیک و ساخت تجهیزات الکتریکی از آن بسیار استفاده می‌کنند. جوشکاری لیزری مس به خاطر انعکاس بالای پرتو لیزر، نیاز به پوشش‌های جاذب دارد.
تیتانیوم
فلز تیتانیوم در برابر خوردگی مقاومت بالایی دارد و از طرفی وزن آن بسیار سبک است. همین ویژگی فلز تیتانیوم باعث شده که در صنایع پزشکی و هوافضا کاربرد زیادی داشته باشد.
فلز تیتانیوم در دمای بالا واکنش پذیری زیادی دارد، به همین خاطر فرآیند جوشکاری این نوع فلز تحت شرایط خاصی انجام می گیرد. با استفاده از جوشکاری لیزری می‌توان شرایطی خاص برای جوشکاری این نوع فلز فراهم آورد.
عوامل موثر در انتخاب متریال فلزی برای جوشکاری لیزری
برای انجام جوشکاری لیزری باید متریال مناسبی انتخاب کرد. متریال‌ها در دو گروه فلزی و غیر فلزی هستند. در صورت انتخاب متریال مناسب می‌توان جوشکاری با کیفیت بالا و پایدار را انجام داد. در انتخاب متریال مناسب عوامل مختلفی تاثیرگذار هستند که در ادامه بحث می‌خواهیم این عوامل را مورد بررسی قرار دهیم.
خواص فیزیکی و شیمیایی فلز
هر فلزی خواص فیزیکی و شیمیایی مخصوص به خود را دارد که این باعث شده ویژگی‌های منحصر به فردی داشته باشد، بر همین اساس به جوشکاری لیزری مخصوصی نیاز دارد.
هدایت حرارتی
برخی فلزات مانند مس و آلومینیوم هدایت حرارتی بالایی دارند و در واقع به سرعت می‌توانند حرارت لیزر را پراکنده کنند. این موضوع باعث می‌شود که در حین جوشکاری، عمق نفوذ جوش کمتر شده و میزان عرض جوشکاری بیشتر شود.
انعکاس پذیری
برخی فلزات که سطح براق و صیقلی دارند، می‌توانند بخش قابل توجهی از پرتو لیزر را بازتاب دهند. فولاد ضد زنگ از این قبیل فلزات است. این موضوع باعث شده که کارآیی جوشکاری کمتر شود و برای انجام عملیات آن زمان زیادی صرف گردد.
چگالی
معمولاً فلزاتی مثل سرب چگالی بالایی دارند، به همین خاطر برای ذوب شدن به انرژی بیشتر و در نتیجه به توان لیزری بیشتری نیاز است تا بتواند فرآیند ذوب شدن را در زمان کمتری انجام دهد.
اکسیداسیون
فلزاتی مثل آهن اگر در معرض هوا قرار بگیرند، به سرعت اکسیده می‌شوند. لایه اکسیدی تشکیل شده بر روی فلزات مانع از جذب انرژی لیزر توسط فلز می‌شود، در نتیجه کیفیت جوشکاری کاهش پیدا کرده و نتیجه مطلوبی حاصل نمی‌شود.
مواد غیرفلزی
جوشکاری لیزری منحصراً برای مواد فلزی نیست، بلکه برای مواد غیر فلزی هم کاربرد دارد. در ادامه به چند مورد از مواد غیر فلزی اشاره می‌کنیم که می‌توان بر روی آنها جوشکاری لیزری را انجام داد.
پلاستیک‌ها
ترموپلاستیک‌های بسیاری مثل پلی پروپیلن، پلی اتیلن و برخی ترموست‌ها با استفاده از لیزر قابلیت جوشکاری و اتصال را دارند.
سرامیک‌ها
برخی سرامیک‌ها خصوصیات حرارتی خاصی دارند، اما می‌توان با کمک لیزر فرآیند جوشکاری را انجام داد و آنها را به همدیگر متصل نمود.
شیشه
شیشه‌ها ویژگی‌های ساختاری خاصی دارند و ضریب انبساط حرارتی آنها پایین است. شیشه ها با کمک جوشکاری لیزری قابلیت متصل شدن را هم دارند.
کامپوزیت‌ها
برخی کامپوزیت‌ها با الیاف تقویت می‌شوند که از آن جمله می‌توانیم به کامپوزیت‌های کربنی اشاره کنیم. این کامپوزیت‌ها با استفاده از لیزر قابلیت جوشکاری دارند.
عوامل موثر بر انتخاب متریال غیر فلزی برای جوشکاری لیزری
اگر شما قصد جوشکاری لیزری بر روی مواد غیر فلزی را دارید، باید در این زمینه آشنایی کامل داشته باشید. انتخاب متریال غیر فلزی برای جوشکاری لیزری به عوامل مختلفی چون کیفیت جوش، هزینه‌ها و کارآیی فرآیند می‌تواند تاثیرگذار باشد. در ادامه می خواهیم عواملی که در انتخاب متریال غیر فلزی برای جوشکاری لیزری تاثیر می‌گذارند را معرفی کنیم.
خواص فیزیکی و شیمیایی متریال
متریال غیر فلزی دارای یک سری خصوصیات فیزیکی و شیمیایی هستند که در جوشکاری لیزری هم تاثیرگذار می باشند. در ادامه مطلب می‌خواهیم این خواص را با همدیگر مقایسه کنیم.
هدایت حرارتی
معمولا متریال غیر فلزی هدایت حرارتی پایین‌تری دارند، به همین خاطر می‌توانند انرژی لیزر را بهتر جذب کرده و دمای موضعی را افزایش دهند. این ویژگی، آنها را برای انجام هرگونه جوشکاری از جمله جوشکاری لیزری مناسب‌تر می‌کند. تولید کنندگان می‌توانند در مدت زمان کوتاه فرآیند جوشکاری را بر روی آنها اعمال کنند.
جذب نور لیزر
متریال غیر فلزی باید توانایی جذب طول موج لیزر مورد استفاده را داشته باشند، در این صورت است که می‌توانند انرژی لیزری که به آنها تابانده می‌شود را به گرما تبدیل کرده و باعث اتصال آنها گردد.
نقطه ذوب و جوش
معمولاً متریال غیر فلزی نقطه ذوب و جوش پایین‌تری دارند و در مدت زمان کوتاه‌تری ذوب می‌شوند، در نتیجه فرآیند جوشکاری برای اینگونه مواد آسان‌تر و سریع‌تر است.
دانسیته
مواد غیر فلزی دانسیته پایین‌تری دارد، یعنی مواد سریع‌تر تبخیر شده و در اثر جوش می‌تواند حفره ای در آن تشکیل شود. پس امکان تشکیل مذاب در آن هم سریع‌تر خواهد بود.
خواص مکانیکی
اینگونه مواد استحکام و سختی کمتری دارند، به همین خاطر به نوع خاصی از جوشکاری لیزری با توان مخصوصی نیاز است.
پایداری شیمیایی
معمولا مواد غیر فلزی در برابر خوردگی، اکسیداسیون و سایر واکنش‌های شیمیایی مقاومت خوبی دارند، مخصوصاً در دمای بالا مقاومت آنها بسیار بیشتر است.
مزایای جوشکاری لیزر
- معمولاً جوشکاری لیزری نسبت به سایر روش‌های جوشکاری کیفیت بالاتری دارد و سطح آن تمیزتر و یکنوا خت‌تر می باشد.
- جوشکاری لیزری سرعت کار بسیار بالایی دارد، در نتیجه شما با این روش می‌توانید زمان تولید را تا حد زیادی کاهش دهید.
- شما با جوشکاری لیزری می‌توانید پارامترهای جوشکاری را به طور دقیق کنترل کرده و جوش‌های بسیار دقیقی ایجاد کنید.
- حرارت ورودی به قطعه در جوشکاری لیزری بسیار کم است و در نتیجه شما بر روی قطعه تغییر شکل کمتری مشاهده خواهید کرد.
- در جوشکاری لیزری می‌توانید مواد مختلف با جنس‌ها و خصوصیات مختلف را به هم دیگرمتصل کنید.
معایب جوشکاری لیزر
- معمولاً هزینه دستگاه‌های جوشکاری لیزری نسبت به سایر روش‌های جوشکاری بیشتر است.
- برای انجام جوشکاری لیزری نیاز به تنظیم برخی پارامترها و کنترل فرآیندها دارید و در نتیجه لازم است که از اپراتور ماهری استفاده کنید.
- پرتو لیزر جوشکاری لیزری برای چشم انسان بسیار خطرناک است، پس باید از تجهیزات محافظتی استفاده کنید وگرنه ممکن است که چشم شما آسیب‌های جدی ببیند.
نتیجه‌گیری
انتخاب متریال مناسب برای جوشکاری لیزری به یک سری مواردی بستگی دارد. شما باید بر اساس متریال به کار رفته، لیزرهایی با توان مناسب را انتخاب کنید. اگر بین لیزر انتخاب شده و متریال استفاده شده نوع تناسب بیشتر باشد، کیفیت کار خروجی هم بالاتر خواهد بود.
