یکی از مهمترین روشهایی که باعث اتصال دو قطعه به یکدیگر میشود، جوشکاری است که میتواند به صورتهای مختلفی انجام گیرد. هرکدام از این روشها برای کاربرد خاصی انجام میگیرند. به طورکلی جوشکاری به دو نوع ذوبی و غیر ذوبی یا حالت جامد تقسیم بندی میشود. البته هرکدام از اینها، زیرمجموعه و انواع مختلفی هم دارند که یکی از آنها، جوشکاری لیزری است. این نوع جوشکاری مدرن و نوین که بیشتر کاربردهای تولیدی و صنعتی دارد، زیرمجموعهای از جوشکاری ذوبی است که با استفاده از حرارت و تابش اشعه، انجام میگیرد. دستگاه جوش لیزری به دو صورت نقطه جوش و جوش پیوسته وجود دارد و میتواند دو قطعه فلزی، پلاستیک و یا سرامیک را به صورت کاملا دقیق و کارامد به یکدیگر اتصال دهد. دقت، سرعت و ظرافت بالا از مهمترین مزایای جوشکاری لیزری است که باعث شده کاربرد گستردهای در انواع صنایع پزشکی، الکترونیک، خودرو، هوا و فضا و جواهرسازی داشته باشد.
فهرست مطالب
ما قصد داریم در این مقاله دو نوع جوشکاری سنتی و لیزری را توضیح دهیم و مزایای جوشکاری لیزری را به طور مفصل بررسی کنیم و به سوالات متداولی که در این باره وجود دارد، پاسخ دهیم.
جوشکاری سنتی چیست؟
جوشکاریهای سنتی عمدتا بر پایه ذوب فلزات در درجه حرارت بالا است که توسط قوس الکتریکی، شعله، ایجاد میشود. منبع حرارتی در ابتدا باعث ذوب قسمتی از قطعات میشود که قرار است به هم متصل شوند، سپس با برداشتن آن، بخش مذاب دوباره دچار انجماد میشود. یعنی اتمها و مولکولها دوباره به طور منظم کنار هم قرار میگیرند و یک نیروی چسبندگی میان آنها به وجود میآید. هرچقدر که روشهای نوینی در فرایند جوشکاری به کار گرفته شود، محدودهای که قرار است ذوب شود، کوچکتر میشود و اتصال سریعتر انجام میگیرد.
در جوشکاریهای غیرذوبی هم، مکانیسم عمل به این صورت است که عمل اتصال به واسطه اعمال فشار و تغییر شکل انجام میگیرد. این نوع جوشکاری بیشتر برای آلیاژهای مس و آلومینیوم کاربرد دارد. جوشکاریهای فورجی، پتکهای یا آهنگری از انواع جوشکاریهای غیر ذوبی سنتی است که دیگر امروزه کاربرد خود را از دست دادهاند و جایشان را به روشهای پیشرفتهتری دادهاند. مزایای جوشکاری لیزری باعث شده است که جایگزین بسیار مناسبی برای جوشکاریهای سنتی باشد و بتواند میزان بهره وری را به شدت افزایش دهد.
در جوشکاری سنتی، فقط میتوان قطعات محدودی را جوش داد و امکان جوش دادن بسیاری از قطعات غیر فلزی و آلیاژها وجود ندارد و همین باعث میشود که بهره وری آن بسیار کم باشد. همچنین زمان و هزینههای اضافی که بعد از فرایند جوشکاری تحمیل میشود، بسیار زیاد است و در آخر هم نمیتوان به نتیجه ایده آلی رسید. زیاد بودن مزایای جوشکاری لیزری نسبت به روشهای سنتی باعث شده است که امروزه در اکثر صنعتها کاربرد داشته باشد.
جوشکاری لیزری چیست؟
همانطور که گفته شد، جوشکاری لیزری یکی از انواع جوشکاریهای ذوبی است که با استفاده از تکنولوژیهای نوین توانسته دقت و کیفیت قطعات جوش داده شده را بسیار افزایش دهد و کل فرایند جوشکاری را در کمترین زمان ممکن انجام دهد. این جوشکاری براساس تابش اشعه لیزر و ایجاد گرما انجام میگیرد. به این صورت که به سطح قطعه مورد نظر اشعه تابیده میشود و با افزایش درجه حرارت، حوضچه مذاب تشکیل میشود.
جوشکاری لیزری با استفاده از روشهای مختلفی که دارد میتواند انواع قطعات را به هم متصل کند. جوش لیزر میتواند به سه صورت رسانشی، رسانشی-نفوذی و نفوذی انجام گیرد. در حالت رسانشی، جوش ایجاد شده، عریض و با عمق کم است. خود این روش به دو شکل گرم کردن مستقیم و انتقال انرژی انجام میشود. در حالت رسانشی-نفوذی، جوش ایجاد شده دارای عمق بیشتر و عرض کمی است.
در حالت نفوذی هم که اصطلاحا سوراخ کلید هم نامیده میشود، جوش به وجود آمده در اثر تابش اشعه لیزر، عمق زیاد و عرض بسیار نازکی دارد. بر همین اساس، سوراخهایی به وجود میآید که دیوارههایشان بر اثر ذوب شدن پر میشود و فرایند اتصال انجام میگیرد. مزایای جوشکاری لیزری باعث شده است که کاربرد دستگاه جوش لیزر در صنایع مختلف را ببینید. و بتواند هر قطعهای را با هر جنس و ضخامتی که است، در کمترین زمان و با بالاترین کیفیت به یکدیگر متصل کند.
مزایای جوشکاری لیزری نسبت به جوشکاری سنتی
نقاط قوت و مزایای جوشکاری لیزری در مقایسه با سایر جوشکاریها، باعث شده است که امروزه در اکثر صنایع از این روش استفاده شود. در ادامه به توضیح برخی از این مزایا خواهیم پرداخت.
بالا بودن تمیزی و ظرافت کار
معمولا برای کارهایی که نیاز است، کیفیت ظاهری قطعات اتصال یافته به هم بالا باشد، از جوشکاری لیزری استفاده میشود. چون تمیزی و ظرافتی که با این فرایند حاصل میشود، بسیار بالا است. از آنجایی که معمولا اوراق فلزی از ضخامت بسیار نازکی برخوردار هستند و در فرایند جوشکاری باید تحت حرارت کمی قرار بگیرند، روشهای دیگری به غیر از جوشکاری لیزری نمیتواند برای اتصال ورقهای فلزی در مواردی نظیر لوازم خانگی که دارای ظاهر شیک و تمیز هستند، مناسب باشد.
کوتاهتر بودن فرایند جوشکاری
همانطور که میدانید، وقت بسیار مهم است و اهمیت آن در فرایندهای صنعتی و تولیدی گسترده بسیار بیشتر میشود و باید برای هر ثانیه هم برنامه ریزی دقیق انجام داد تا از برنامه تولید عقب نماند. یکی از مهمترین مزایای جوشکاری لیزری، دقت و ظرافت بالای آن است و همین باعث میشود که فرایندهای جوشکاری با سرعت بیشتری انجام گیرد.
در جوشکاریهای سنتی به دلیل تمیز نبودن قطعات اتصال یافته، باید دوباره گوشهها و اطراف آنها را با دستگاه فرز سنگ زده و صاف میکردند تا به ظاهری تمیز و قابل قبول برسد. همهی این مراحل باعث اتلاف زمان زیادی میشد که خوشبختانه این مشکل در فرآیند جوشکاری لیزری حل شد.
بالا بودن سرعت جوشکاری
شاید تصور کنید که هرچقدر کارها سریعتر انجام گیرند، دقت و کیفیت کاهش پیدا خواهد کرد و باید دوباره کاری انجام داد اما فرآیند جوشکاری خارج از این قاعده است. دقت، ظرافت، کیفیت و سرعت بالا مجموعهای از مهمترین مزایای جوشکاری لیزری است که باعث محبوبیت این روش در صنایع مختلف شده است.
جوشکاریهای سنتی علاوه بر اینکه قادر به تولید قطعات تمیز و با کیفیت نبودند، از سرعت بسیار پایینی هم برخوردار بودند و اتلاف وقت زیادی داشتند. بالا رفتن سرعت کار باعث میشود بهره وری به حداکثر برسد و در زمان و هزینهها هم صرفه جویی شود. کاری که جوشکاری لیزری انجام میدهد.
قابل انجام برای انواع مواد و ضخامتها
گسترهی فعالیت در جوشکاری سنتی محدود بود و اگر ماده عوض میشود، در جوشکاری مشکل به وجود میآمد حتی برای اتصال قطعات غیر فلزی و آلیاژها قابل انجام نبود اما این مشکل دیگر حل شده است. یکی از مزایای جوشکاری لیزری، این است که میتوان برای جوش دادن انواع مواد با هر ضخامتی که داشته باشند، استفاده کرد. این مواد میتوانند شامل شامل مواد فلزی، غیر فلزی، فولاد، فولاد ضد زنگ، آلیاژهای آلومینیوم، تیتانیوم، نیکل، پلاستیک و حتی منسوجات باشند. براساس نوع و قدرت لیزر نیز میتوان موادی از ضخامت زیر 1 میلی متر تا حدود 30 میلی متر را جوشکاری کرد.
انجام جوشکاری بدون تماس
از دیگر مزایای جوشکاری لیزری، میتوان به غیر تماسی بودن آن اشاره کرد. به این صورت که در هیچ یک از مراحل جوشکاری، هیچ نیرویی از طرف ما بر قطعات وارد نمیشود و همین باعث میشود که اندازه و یا شکل قطعات دچار تغییر نشوند. به طورکلی این نوع جوشکاری، یک طرفه است اما در دیگر جوشکاریها، حتی به طور ناخواسته هم که باشد، نیرویی به قطعه مورد نظر وارد میشود. بنابراین اگر بخواهیم در حین جوشکاری، از تغییر شکل و اندازه قطعات، حتی اگر خیلی ناچیز باشند، جلوگیری کنیم، مناسبترین گزینه به جز جوشکاری لیزری وجود ندارد.
منعطف بودن جوشکاری لیزری
جوشکاری لیزری به ما این امکان را میدهد که بتوانیم دو قطعه را بدون اینکه دور تا دور آن را جوشکاری کنیم، از سطح دو قطعه، به یکدیگر جوش دهیم. درواقع این مزایای جوشکاری لیزری باعث میشود که حداکثر بهره وری و کاربرد بسیار گستردهای داشته باشد.
قابل انجام بودن در شرایط عادی
بعضی از جوشکاریها باید در شرایط خاصی مثل شرایط خلا انجام گیرد که فراهم آوردن این شرایط همیشه راحت نیست و باید متحمل هزینهی بالایی شد. اما یکی از مزایای جوشکاری لیزری که باعث محبوبیت زیاد آن در صنایع گوناگون شده است، این است که میتوان در شرایط عادی هم آن را انجام داد و نیازی به محیا کردن شرایط خاصی ندارد. البته برای اینکه از اکسیداسیون جوشها جلوگیری شود، اغلب از محافظ گاز استفاده میشود.
مصرف پایین برق و انرژی
دستگاه جوش لیزری با مصرف کمترین انرژی میتواند در کسری از ثانیه، دو قطعه از هر جنس و ضخامتی که باشند را به هم متصل کند. مکانیسم دستگاه به این صورت است که گرما و اشعه تابشی را بر روی یک نقطه متمرکز میکند و فرایند اتصال را یا به صورت دستی و یا به صورت کاملا اتوماتیک و رباتیک انجام میدهد.
تولید کمتر ضایعات
از دیگر مزایای جوشکاری لیزری میتوان به این مورد اشاره کرد که در مقایسه با سایر جوشکاریهای قدیمی و سنتی، به طور قابل توجهی ضایعات کمتری تولید میکند. همین موضوع باعث میشود که هم محیط کار تمیزتر باشد و هم آسیب کمتری به محیط زیست وارد شود. همچنین در هزینه نهایی نیز صرفه جویی میشود. اما در جوشکاریهای سنتی از آنجایی که میزان ضایعات تولیدی خیلی زیاد بود و قابلیت بازیافت شدن هم نداشتند، اثرات مخرب زیادی به محیط زیست وارد میشد.
قابلیت رباتیک شدن و برنامه ریزی خودکار
قابل برنامه ریزی و رباتیک شدن دستگاه لیزری یکی از بهترین مزایای جوشکاری لیزری است که این امکان را فراهم میکند که حتی در مناطقی که دسترسی به آنها، آسان نیست و حضور انسان خطرناک است و ممکن است به سلامتیاش آسیب و صدمهای وارد شود نیز جوشکاری با بالاترین کیفیت انجام گیرد. شرکتهایی که نیروی انسانی کمی دارند و یا میخواهند، در هزینه نیروی انسانی صرفه جویی کنند، میتوانند از این مزایای جوشکاری لیزری بهره مند شوند.
جمع بندی
همانگونه که توضیح داده شد، متوجه شدیم که جوشکاری لیزری یکی از نوینترین و کاربردیترین روشهای جوشکاری است که به علت بالا بودن مزایا و نقاط قوتش، توانسته کاربرد گستردهای در انواع صنایع داشته باشد. درست است که این روش نیز دارای یکسری معایب است اما اگر در حین کار با دستگاه لیزری، تمام نکات ایمنی را رعایت کنید و مهارت و تجربه کافی برای کار با آن را داشته باشید، میتوانید بهترین نتیجه را بگیرید.
در اغلب جوشکاریهای لیزری از گازهای محافظ استفاده میشود اما نیاز نیست نگران آسیب وارده از این گازها باشید. چون گازهای مورد استفاده شامل آرگون، هلیوم، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و دی اکسید کربن هستند که یا بی اثر هستند و یا اثر بسیار کمی دارند. از مزایای جوشکاری لیزری میتوان به متنوع بودن روشهای انجام آن نیز اشاره کرد که به صورتهای جوشکاری لیزری لب به لب،90 درجه، روی هم، نقطهای و خطی قابل اجرا است.
با توجه به مزایای جوشکاری لیزری که در مقایسه با سایر روشهای جوشکاری گفته شد، اگر میخواهید بهره وری بالایی در کارتان داشته باشید و قطعات تولیدیتان از ظرافت و کیفیت بالایی برخوردار باشند، توصیه ما استفاده از این جوشکاری نوین خواهد بود.
سوالات متداول
1-جوشکاری لیزری چیست؟ این جوشکاری یک فرایند ذوبی است که با استفاده از پرتو لیزر، قطعات فلزی و یا غیر فلزی با در کمترین زمان و بالاترین کیفیت به هم اتصال میدهد.
2-در چه مواردی میتوان از جوشکاری لیزری استفاده کرد؟ جوشکاری لیزری دارای کاربردهای بسیار گستردهای است اما معمولا در صنایعی که به ظرافت و دقت بیشتری نیاز دارند، مورد استفاده قرار میگیرد مثل دستگاههای پزشکی، لوازم خانگی، صنایع الکترونیک، خودرو و … .
3-آیا در جوشکاری لیزری از مواد پر کننده استفاده میشود؟ یکی از مزایای جوشکاری لیزری این است که اغلب موارد میتوان بدون استفاده از مواد پرکننده یا فیلر انجام داد اما در مواقعی که فلزات یا آلیاژها ترک دارند و یا قطعات مورد استفاده به حرارت حساس هستند، از فیلر استفاده میکنند.
4-آیا قطعات جوش داده شده توسط دستگاه لیزری، محکم و قوی هستند؟ از آنجایی که در جوشکاری لیزری از پرتو لیزر استفاده میشود، در مقایسه با سایر جوشکاریهای سنتی، گرمای کمتری به قسمتهای مجاور قطعه در حال جوش منتقل میشود و همین باعث میشود که کمتر تحت تاثیر حرارت قرار بگیرد و جوشهای بسیار قوی و خالصی ایجاد شود.
5-مدت زمان انجام فرایند جوشکاری لیزری چقدر است؟ از مهمترین مزایای جوشکاری لیزری، سریع بودن آن است و همین باعث میشود که در زمان و هزینهها صرفه جویی شود. به طور معمول جوشکاری لیزری، 2 الی 3 ساعت طول میکشد که در مقایسه با سایر روشها، مدت زمان بسیار کمی است.
واحد تحقیق و توسعه: شرکت جهان لیزر