مخطط سرعة اللحام بالليزر المحمول باليد

يمكن تصنيف عمليات اللحام بالليزر، في المقام الأول للحام الصفائح المعدنية، بناءً على نوع الليزر إلى لحام بالليزر الليفي المستمر أو اللحام بالليزر النبضي YAG. إن مبادئ الليزر يمكن تقسيم اللحام إلى لحام بالتوصيل ولحام بالليزر عميق الاختراق.

بكثافة طاقة أقل من 104 ~ 105 واط/سم²فإنه يعتبر لحامًا بالتوصيل، ويتميز بالاختراق الضحل وسرعة اللحام البطيئة. عندما تتجاوز كثافة الطاقة 105 ~ 107 واط / سم²يسخن السطح المعدني وينغمس في "تجويف"، مما يؤدي إلى لحام عميق الاختراق، وهو معروف بسرعة اللحام السريعة ونسبة العمق إلى العرض العالية.

ينطوي مبدأ اللحام بالليزر من النوع التوصيلي على تسخين أشعة الليزر للسطح المراد معالجته. تنتشر حرارة السطح إلى الداخل من خلال التوصيل الحراري. ومن خلال التحكم في بارامترات الليزر مثل عرض النبضة والطاقة وقوة الذروة ومعدل التكرار، تذوب قطعة العمل وتشكل تجمع ذوبان محدد، مما يجعلها مناسبة للحام الألواح الرقيقة.

تتضمن ماكينات اللحام بالليزر المستخدمة في لحام التروس ولحام الألواح المعدنية الرقيقة بشكل أساسي اللحام بالليزر العميق الاختراق.

الجدول 1 المحمول باليد سُمك اللحام بالليزر ومخطط السرعة

مبدأ اللحام بالليزر للاختراق العميق بالليزر

ينطوي مبدأ اللحام بالاختراق العميق بالليزر على استخدام شعاع ليزر ليفي مستمر لربط المواد. وتشبه هذه العملية الفيزيائية المعدنية إلى حد كبير عملية اللحام بالشعاع الإلكتروني، حيث يتم إنجاز آلية تحويل الطاقة من خلال هيكل "ثقب المفتاح".

تحت كثافة الطاقة العالية لليزر، تتبخر المادة وتشكل ثقب مفتاح. ويعمل ثقب المفتاح المملوء بالبخار هذا كجسم أسود يمتص كل طاقة الشعاع الساقط تقريبًا، حيث تصل درجة حرارة التوازن داخل التجويف إلى حوالي 2500 درجة مئوية.

يتم نقل الحرارة من جدران التجويف ذات درجة الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلى صهر المعدن المحيط بالتجويف. يتم ملء ثقب المفتاح ببخار عالي الحرارة يتولد من التبخير المستمر لمادة الجدار تحت الليزر، مع وجود معدن منصهر يحيط بجدران التجويف ومواد صلبة حول المعدن المنصهر (على عكس معظم عمليات اللحام التقليدية واللحام بالتوصيل بالليزر، حيث يتم ترسيب الطاقة أولاً على سطح قطعة العمل ثم تنتقل إلى الداخل).

يتوازن تدفق السائل خارج جدران الثقب والتوتر السطحي لطبقة الجدار بشكل ديناميكي مع ضغط البخار المستمر داخل التجويف. وتدخل الحزمة باستمرار إلى ثقب المفتاح، وتتدفق المادة خارج ثقب المفتاح باستمرار، وبينما تتحرك الحزمة، يظل ثقب المفتاح في حالة تدفق مستقر.

وهذا يعني أن ثقب المفتاح والمعدن المنصهر المحيط بجدران الثقب يتحرك للأمام بسرعة الشعاع الرئيسي، مما يملأ الفراغ الذي خلفه ثقب المفتاح المتحرك بالمعدن المنصهر، والذي يتصلب بعد ذلك، مكونًا اللحام. تحدث هذه العملية بأكملها بسرعة كبيرة لدرجة أن سرعات اللحام يمكن أن تصل بسهولة إلى عدة أمتار في الدقيقة.

العوامل التي تؤثر على سرعة اللحام لآلات اللحام بالليزر

أهمية كثافة الطاقة
تُعد كثافة الطاقة عاملاً أساسيًا في تحديد سرعة اللحام لماكينات اللحام بالليزر. يمكن أن تؤدي كثافة الطاقة العالية إلى لحام أسرع لأنها تعني تركيز المزيد من الطاقة في منطقة اللحام، مما يسهل ذوبان أسرع وتكوين البركة. لذلك، فإن تحسين كثافة الطاقة هو وسيلة فعالة لزيادة سرعة اللحام بالليزر.

تأثير قطر شعاع الليزر على سرعة اللحام
قطر شعاع الليزر هو اعتبار حاسم آخر. وعموماً، يمكن أن يوفر قطر شعاع الليزر الأصغر حجماً كثافة طاقة أعلى، مما يسمح بسرعات لحام أسرع. يعد ضبط قطر شعاع الليزر ليتناسب مع المواد المختلفة ومهام اللحام استراتيجية رئيسية لتعزيز كفاءة اللحام.

الاختلافات في نوع المادة وسُمكها
تتفاعل المواد المختلفة بشكل مختلف مع أشعة الليزر، وتؤثر سماكة المادة بشكل مباشر على سرعة اللحام. قد يتم تسخين بعض المواد بسهولة أكبر بواسطة الليزر، بينما يمكن عادةً تسخين المواد الأقل سمكًا ولحامها بسرعة أكبر. لذلك، عند وضع خطة لحام، من الضروري مراعاة نوع المادة وسُمكها لتحقيق سرعات اللحام المثلى.

ضبط إعدادات سرعة اللحام
يمكن لمشغلي ماكينات اللحام بالليزر التحكم بمرونة في عملية اللحام عن طريق ضبط سرعة اللحام. وتعني زيادة سرعة اللحام عادةً أن ماكينة اللحام بالليزر تتحرك أكثر في وحدة زمنية واحدة، مما يحقق سرعة لحام أعلى. ومع ذلك، يتطلب ذلك أن يكون لدى المشغلين فهم عميق لمعايير اللحام لضمان عدم المساس بجودة اللحام.

أهمية غاز اللحام وظروف الغلاف الجوي
غالبًا ما يتطلب اللحام بالليزر استخدام غاز تدريع، مثل الأرجون، لمنع الأكسجين من دخول منطقة اللحام والتسبب في الأكسدة. تؤثر جودة وتكوين الظروف الجوية أيضاً على سرعة اللحام. الحفاظ على الغلاف الجوي المناسب أمر بالغ الأهمية لاستقرار وكفاءة اللحام بالليزر.

تنظيم طاقة الليزر والطول الموجي لليزر
تعتبر طاقة الليزر وطول موجته من العوامل الرئيسية التي تؤثر على سرعة اللحام. عادةً ما تسمح طاقة الليزر الأعلى بزيادة سرعة اللحام. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لضبط الطول الموجي لليزر أن يتكيف بشكل أفضل مع خصائص الامتصاص للمواد المختلفة، وبالتالي تحسين كفاءة اللحام.

اختيار شكل رأس اللحام وتكوين البقعة
كما يؤثر شكل وتكوين بقعة الليزر من ماكينة اللحام بشكل كبير على سرعة اللحام. قد تتطلب الأشكال والتكوينات المختلفة معلمات لحام مختلفة، لذا فإن اختيار شكل رأس اللحام المناسب يحتاج إلى دراسة دقيقة لمتطلبات اللحام المحددة.

تعديل زاوية اللحام واتجاهه
زاوية واتجاه رأس اللحام هي أيضًا عوامل تؤثر على سرعة اللحام. يمكن للضبط الصحيح لزاوية اللحام واتجاهه أن يحقق توزيعًا أكثر اتساقًا للحرارة، مما يحسن سرعة اللحام.

استخدام المواد والمعدات المساعدة
يمكن أن يؤدي استخدام المواد والمعدات المساعدة المناسبة، مثل وسائل اللحام المساعدة أو أجهزة التسخين المساعدة، إلى تحسين التوصيل الحراري وتكوين البركة أثناء عملية اللحام، مما يؤثر على سرعة اللحام. يمكن أن يكون تطبيق هذه الوسائل المساعدة في مهام لحام محددة وسيلة فعالة لتعزيز الكفاءة.

النظر في تصميم اللحام
يعد التصميم والشكل الهندسي للحام من العوامل المهمة التي تؤثر على سرعة اللحام. قد تتطلب أشكال اللحام المعقدة أوقات لحام أطول، لذا فإن التصميم العقلاني للحام قبل اللحام يمكن أن يحسن سرعة اللحام.

تحسين الطول البؤري لليزر
يمكن للبُعد البؤري لماكينة اللحام بالليزر، وهو المسافة من البؤرة إلى سطح قطعة العمل، أن يحسِّن تأثيرات اللحام ويزيد من سرعة اللحام. يعد اختيار البعد البؤري بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية للاستفادة الكاملة من أداء آلة اللحام بالليزر.

تأثير المعالجة المسبقة لقطعة العمل
تؤثر الحالة والمعالجة المسبقة لسطح قطعة العمل بشكل مباشر على سرعة اللحام. يمكن أن يؤدي السطح النظيف والمعالجة المسبقة المناسبة إلى تحسين امتصاص ونقل طاقة الليزر، مما يؤثر على سرعة اللحام.

ضرورة التحكم في درجة الحرارة
تعتبر درجة حرارة البيئة ودرجة الحرارة الأولية لقطعة العمل أثناء عملية اللحام من العوامل التي تحتاج إلى أخذها في الاعتبار. في بعض الحالات، قد تكون هناك حاجة إلى تدابير تبريد أو تسخين للحفاظ على درجة حرارة مناسبة، وبالتالي ضمان التوازن بين سرعة اللحام والجودة.

هناك عدة عوامل تؤثر على سرعة لحام آلات اللحام بالليزربما في ذلك كثافة الطاقة، وقطر شعاع الليزر، ونوع المادة وسُمكها، بالإضافة إلى إعدادات سرعة اللحام. من خلال ضبط هذه المعلمات، يمكن للمشغلين تحقيق نتائج لحام أفضل. بالإضافة إلى ذلك، تلعب المواد المساعدة، وشكل رأس اللحام، وتحسين الطول البؤري لليزر أيضًا أدوارًا رئيسية في التأثير على سرعة اللحام. ويوفر التأثير التعاوني لهذه العوامل مرونة أكبر لتكنولوجيا اللحام بالليزر، مما يدفع الصناعة التحويلية نحو مستقبل يتسم بالكفاءة والدقة.