جوشکاری لیزری چیست؟
جوش لیزر تعادلی بین گرمایش و سرمایش در یک حجم مشخص از یک یا دو ماده جامد است که منجر به تشکیل ماده مذاب و انجماد آن می‌شود. مشخصه جوش لیزر ایجاد ناحیه مذاب مایع بوسیله جذب شدّ‌ت اشعه‌است که این اجازه رشد و گسترش حوضچه مذاب به درون ناحیه فصل مشترک جامد را داده و در نتیجه یک اتصال پیوسته میان اجزایی که متصل خواهند شد ایجاد می‌شود.
اتصالات ناموفق زمانیکه ناحیه مذاب خیلی بزرگ یا خیلی کوچک باشد یا اگر تبخیر ماده پیش از حد باشد، اتفاق می‌افتد. در جوش لیزر کیفیت جوش متناسب با تبخیر عناصر آلیاژی، گرادیان حرارتی اعمالی که منجر به ترک انجماد می‌شود تحلیل می‌شود. عدم تعادل در حجم و مقیاس ناحیه جوش منجر به ایجاد تخلخل می‌شود.
دستیابی به تعادل بین گرمای ورودی و خروجی به جذب ثابت تابش لیزر وتوزیع یک نواخت گرما در قطعه کاری بستگی دارد. مسیر تابش لیزر به درون قطعه معمولاً بوسیله تجمع گازهای داغ در نقطه تمرکز لیزر مختل می‌شود.
در شرایط خاص این گاز داغ به یک ابر پلاسما تبدیل می‌شود که شدیداً بر باریکه لیزر اثر گذاشته و آنرا جذب و پخش می‌کند. اولین مراحل تحقیق در جوش لیزری، مشخص کردن پارامترهای مؤثر بر تعادل بین گرمایش و سرمایش و منطقه جوش و مذاب و جامد و تکرارپذیری جوش لیزری و توسعه روشهای کنترل این پارامترها است.
انواع جوش لیزر:
۱ـ جوش هدایتی
۲ـ جوش نفوذی یا سوراخ کلیدی
تفاوت اساسی در این دو حالت آن است که در حالت اوّل سطح ناحیه جوش شکسته نمی‌شود و در حالت جوشکاری نفوذی سطح ناحیه جوش باز می‌شود تا باریکه لیزر به درون ناحیه مذاب نفوذ کند.
حالت جوش هدایتی نگرانی کمتری بخاطر عدم نفوذ لیزر به درون ماده ایجاد می‌کند در نتیجه جوشکاری هدایتی کمتر مستعد جذب گاز در هنگام جوشکاری است. در جوشکاری نفوذی بسته شدن غیرپیوسته سوراخ کلید منجر به تشکیل تخلخل در جوش می‌شود. حالتهای هدایتی و نفوذی در جوش کاری نقطه ای به یکدیگر تبدیل می‌شوند که این به شدّ‌ت قله توان لیزر و عرض پالس بستگی دارد.
سوراخ کلید توسط لیزر معمولاً برای فولاد در چگالی توان تقریبی اتفاق می‌افتد. در چنین حالتی در جوش لیزر جوش کم عمق و پهن است. امّا در چگالی توان‌های جوشهایی عمیق و نازک که زمان بر هم کنش کمتری نیاز دارد بدست می‌آید که این اجازه جوشکاری با سرعت بیشتر را می‌دهد.
از آنجا که جوشکاری لیزر یک روش با چگالی انرژی بالا است نیازبه هدایت گرما برای ایجاد نفوذ عمیق ندارد و این برخلاف روشهای معمول و مرسوم جوشکاری قوس و گاز است که از طریق هدایت گرما به نفوذ دست می‌یابند.
در حالت جوشکاری هدایتی مدارهای همدما بصورت یکسان و با فاصله یکسان از منبع قرار دارند. عرض جوش در این حالت معمولاً بزرگتر از عمق و انرژی ورودی بیشتر از مقدار لازم برای نفوذ است.
در حالت سوراخ کلید یا نفوذی منبع حرارت لیزر از سطح به داخل ضخامت ماده منتقل می‌شود و جوش عمیق و نازک بوجود می‌آید. همچنین در این حالت مقدار گرمای ورودی به حداقل می‌رسد.
کاربردها:
جوش توسط پرتو لیزر در صنعت بشکل روزافزونی در حال گسترش است از میکرو الکترونیک تا کشتی سازی .تولید فراوان خودکار در این بین از بیشترین توسعه برخوردار گشته‌اند که این پیشرفتها را می‌توان مرهون عوامل زیر دانست:
۱-حرارت ورودی محدود
۲-منطقهٔ حرارت پذیرفتهٔ کوچک
۳-میزان ناصافی اندک
۴-سرعت بالای جوشکاری
این خصوصیات جوش لیزری را گزینهٔ منتخب بسیاری از قسمت‌های صنعتی کرده که از جوشکاری مقاومتی در گذشته استفاده می‌کردند.
فرایندهای ترکیبی که از ترکیب لیزر و قوس MIG استفاده می‌کنند برای قرار گرفتن بر سطحی که بایستی جوشکاری در آن انجام شود طراحی شده‌اند. علاوه بر این تجهیزات ویژهٔ بکار گرفته شده بشکل قابل توجهی ابزارهای مورد نیاز برای آماده سازی لبهٔ مورد نظر برای جوشکاری را کاهش می‌دهند.
آلیاژهایی که برای سیمهای پر کننده در قسمت درز گیری بکار می‌روند باعث یکدست شدن فیزیکی آن ناحیه می‌شوند. علاوه بر این فرایندهای ترکیبی بکار گرفته شده قادر اند سرعت انجام کار را بشکل قابل توجهی افزایش دهند. همچنین در نفوذ عمقی و درزگیری کلی هم موثرند. پیشرفتهای اخیر در زمینهٔ دیود های لیزری موقعیت جدیدی را برای حل مشکلات صنعت فراهم کرده‌است.
لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند(۲-۱۰kW) در حال حاضر در جوشکاری بدنهٔ اتومبیلها، قسمت‌های حمل ونقل، مبادله کننده‌های حرارتی و پر کردن حفره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. سالها لیزرهای یاقوتی کمتر از ۵۰۰W برای جوش بخش‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گرفتند. برای مثال قسمت‌های کوچک و ظریف ابزارهای پزشکی، بسته‌های الکترونیکی و حتی تیغ‌های اصلاح صورت. لیزرهای یاقوتی چند کیلوواتی از گذراندن پرتو از فیبر های نوری استفاده می‌کردند.
این کار بسادگی توسط روبوت ها انجام می‌شد و دامنهٔ وسیعی از کاربردهای سه بعدی مثل برش لیزریو جوش بدنهٔ اتومبیلها را ممکن می‌کرد.
پرتو لیزر در نقطهٔ کوچکی متمرکز می‌شود و باشدتی که در آن نقطه ایجاد می‌کند باعث ذوب و حتی بخار کردن فلز می‌شود. برای تمرکز نیروی لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند، آینه‌های خنک شونده توسط آب بجای عدسی ها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. جوشکاری بطور کلی به دو شکل انجام می‌شود.
در شکل هدایتی جوشکاری، حرارت از طریق هدایت کربنی به فلز منتقل می‌گردد. این روش مختص لیزرهای یاقوتی نسبتاً کم انرژی تر است که معمولاً جوشکاری‌های کم عمق تر با آنها انجام می‌شود. جوشکاری با لیزرهای پر انرژی معمولاً در پر کردن حفره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این قسمت است که ذوب و تبخیر فلز اتفاق می‌افتد.