آنچه کیفیت نهایی اتصال را در جوش لیزری تعیین می‌کند، مجموعه‌ای از تنظیمات و پارامترهای فنی است. پارامترهای جوش لیزری مانند توان لیزر، سرعت حرکت، قطر پرتو، زاویه تابش و… هر کدام مشخص می‌کنند که جوش حاصل چقدر سالم و قابل اتکاست.

پارامترهای جوش لیزری و تاثیر هرکدام بر کیفیت جوشکاری

واقعیت این است که یک اتصال بی‌نقص، نتیجه تنظیم درست این متغیرها بر اساس نوع قطعه‌کار و ویژگی‌های آن است. در این صفحه قرار است مهم‌ترین پارامترهای موثر در جوش لیزری را بررسی و تاثیر هرکدام روی کیفیت جوش را تحلیل کنیم.

توان لیزر

منظور از توان لیزر، میزان انرژی انتقال‌یافته به سطح قطعه‌کار است. این پارامتر مستقیماً با عمق نفوذ، نرخ ذوب، و نحوه شکل‌گیری حوضچه جوش مرتبط است. در جوشکاری‌های عمیق، توان لیزر را در بازه 500 وات تا 10 کیلووات تنظیم می‌کنند. مثلا در اتصال ورق فولادی 3 میلی‌متری، توان حدود 1.5 تا 2.5 کیلووات عملکرد مطلوبی ارائه می‌دهد. از اثرات کاهش توان می‌توان به کاهش حرارت حوضچه مذاب  (HAZ) و نفوذ ناکافی و اتصال ناقص اشاره کرد.

سرعت جوشکاری

سرعت حرکت نازل یا قطعه نسبت به پرتو لیزر، مدت زمان ماندن انرژی در ناحیه جوش و فرصت اعمال اثر را تعیین می‌کند. افزایش یا کاهش این سرعت، روی عرض، عمق و پایداری جوش تاثیر دارد.

در حالت کلی، سرعت زیاد، باعث می‌شود عرض جوش کاهش یافته و عمق نفوذ کمتر شود. در مقابل، سرعت کم باعث عرض و عمق بیشتر اتصال شده، اما احتمال تجمع حرارت، انحراف جوش و تخلخل بالا هم دارد.

قطر و پهنای پرتو لیزر 

قطر پرتو معیاری برای تعیین میزان تمرکز انرژی روی سطح قطعه است. طبیعی‌ست که هرچه قطر پرتو لیزر کمتر باشد، پرتو متمرکزتر بوده و انرژی به شکل فشرده‌تر و با نفوذ بیشتری منتقل می‌شود. مثال کاربردی در این زمینه، پرتو با قطر 0.3 تا 0.6 میلی‌متر است که برای جوشکاری لیزری دقیق در صنایع الکترونیک و پزشکی کاربرد دارد. در حالی که برای جوشکاری قطعات صنعتی، قطر پرتو را معمولاً در بازه 0.8 تا 1.2 میلی‌متر انتخاب می‌کنند.

زاویه تابش پرتو لیزر 

درباره زاویه پرتو لیزر در جوش لیزری نمی‌توان نظر دقیقی داد؛ چرا که این موضوع خود به پارامترهای دیگر وابسته است. شاید شنیده باشید که در حالت ایده آل، پرتو لیزر باید به‌ صورت عمود (۹۰ درجه) بر سطح قطعه بتابد تا انرژی کاملا در ناحیه جوش متمرکز شود. اما گاهی تابش مایل پرتو لیزر اجتناب ناپذیر بوده و در بعضی پروژه‌ها زایای 30، 40 یا حتی 70 درجه هم تنظیم می‌شود.هرچه زاویه از حالت عمودی بیشتر منحرف شود، تمرکز انرژی حرارتی کمتر شده و احتمال پاشش افزایش می‌یابد. در این موارد، برای جبران اثر زاویه مایل، موقعیت کانونی را اصلاح کرده یا توان لیزر را افزایش می‌دهند.

فاصله کانونی پرتو 

فاصله کانونی همان فاصله بین مرکز لنز و نقطه‌ای که پرتو لیزر به باریک‌ترین حالت خود می‌رسد (نقطه کانونی) است. این پارامتر در جوش لیزر مستقیماً بر قطر پرتو لیزر در نقطه برخورد، عمق میدان و حتی چگالی توان اثر می‌گذارد.

فاصله کانونی کوتاه، مثلا 100–150 mm، قطر پرتو در نقطه برخورد را کاهش داده و برای جوش‌های دقیق یا قطعات نازک مناسب است. در مقابل، فاصله کانونی بلند، مثلا 200–300 mm، قطر پرتو در نقطه تمرکز را افزایش داده و برای جوشکاری قطعات ضخیم، بیشتر کاربرد دارد. کارشناسان نوین تاک راهنمای کاملی از نحوه بدست آوردن فاصله کانونی دستگاه لیزر را در مقاله پیوست شده برای اپراتورهای دستگاه لیزر و نکات مهمی که نیاز است به آن توجه شود را ارائه داده اند.

نوع گاز محافظ و دبی آن 

از گاز محافظ برای جلوگیری از اکسید شدن، ناپایداری حوضچه مذاب و تشکیل تخلخل استفاده می‌کنند. انتخاب نوع گاز و نرخ جریان آن، مستقیماً بر ظاهر جوش، ساختار میکروسکوپی اتصال و حتی چسبندگی نهایی اثرگذار است.

مد کاری لیزر 

لیزرها می‌توانند در دو حالت اصلی کار کنند: پیوسته یا پالسی. در جوش لیزری دقیق مانند فلزات نازک، استفاده از پالس‌های با مدت 1 تا 20 میلی‌ثانیه و البته کنترل انرژی، باعث کاهش انحراف حرارتی و افزایش دقت فرآیند می‌شود. اگرچه لیزر پیوسته عمق نفوذ بیشتری دارد، در لیزر پالسی کنترل حرارتی بهتر صورت می‌گیرد. در نهایت، انتخاب بین CW(پیوسته) و Pulse باید بر اساس ضخامت قطعه، دقت مورد نیاز و کاربرد هایی صورت گیرد.

نوع جوش  (Conduction, Keyhole, Hybrid)

فرآیند جوشکاری لیزری بسته به توان لیزر و چگالی انرژی، می‌تواند به سه شکل باشد: هدایتی (conduction)، نفوذی (keyhole) و ترکیبی (hybrid).

در جوش به سبک هدایتی انرژی لیزر فقط سطح فلز را ذوب می‌کند و گرما از طریق هدایت حرارتی به عمق نقطه منتقل می‌شود. در جوش نفوذی، این چگالی توان بالای لیزر است که باعث تبخیر موضعی فلز شده و یک حفره برای انتقال گرما به عمق تشکیل می‌دهد؛ و در جوش هیبریدی (لیزر + MIG یا TIG) ترکیبی از لیزر با قوس الکتریکی جهت نفوذ به عمق بیشتر و کنترل بهتر اعمال می‌شود. گفتنی‌ست، در ضخامت‌های بالای 3 میلی‌متر، انتخاب keyhole یا hybrid عملکرد بهتری نسبت به conduction دارد.

نرخ تغذیه سیم پرکننده

در بعضی از کاربردهای صنعتی یا اتصالات گپ‌دار، استفاده از سیم پرکننده همراه با دستگاه جوش لیزر رایج است. نرخ تغذیه سیم پرکننده یکی دیگر از پارامترهایی است که در کیفیت جوش لیزری اثر دارد و باید با سرعت حرکت و نرخ ذوب هماهنگ باشد. مثلاً برای سیم 1 میلی‌متری در جوش لیزری فولاد، نرخ 3 m/min را به ‌صورت میانگین توصیه می‌کنند.

تعامل پارامترها 

در نهایت باید بدانید که هیچ‌یک از پارامترهای دستگاه جوش لیزری به صورت مستقل عمل نمی‌کنند و همواره در تعامل با یکدیگر هستند. برای درک این روابط و تاثیر آن در کیفیت نهایی اتصال، به مثال‌های زیر توجه کنید:

• توان زیاد + سرعت پایین: عمق نفوذ بالا، اما خطر سوختگی و پاشش
• قطر پرتو کم + زاویه نازل مایل: کاهش تمرکز انرژی، ایجاد جوش ناقص
• فاصله کانونی بلند + قطر پرتو زیاد: کاهش چگالی توان، افت عمق جوش

بعضی مطالعات صنعتی و تجربیات واقعی کاربران نشان می‌دهد که تنها تغییر 0.5 میلی‌متر در فوکوس یا افزایش 10% در سرعت حرکت، کاهش تا 30% در عمق نفوذ را به دنبال دارد.

جمع ‌بندی 

تکنسین‌ها و اپراتورهای دستگاه جوش لیزر به خوبی می‌دانند که جوشکاری با لیزر، فرآیندی دقیق است که در آن پای یک سیستم پیشرفته با مجموعه‌ای از پارامترهای وابسته به یکدیگر در میان است. آنچه این فرآیند و این پارامترها را از سایر روش‌های جوش متمایز می‌کند، قابلیت تنظیم‌پذیری بسیار زیاد، کنترل بالا و امکان پاسخگویی به شرایط پیچیده تولید صنعتی است. بنابراین، درک درست این پارامترها هم به بهبود کیفیت اتصال کمک می‌کند و هم باعث افزایش بهره‌وری، کاهش ضایعات و کاهش هزینه‌های بلندمدت می‌شود.

برای انتخاب و خرید دستگاه جوش لیزر متناسب با نیاز صنعتی خود و دریافت مشاوره تخصصی، با تیم فنی نوین تاک در ارتباط باشید. ما اینجاییم تا از تکنولوژی لیزر، بهترین بهره را ببرید.