جوشکاری لیزری، که به دلیل چگالی انرژی بالا، کنترل دقیق حرارت، و حداقل منطقه تحت تأثیر حرارت{0}(HAZ) مشهور است، سازگاری قوی با طیف وسیعی از مواد در صنایع نشان میدهد. در اینجا یک تفکیک دقیق از موادی است که به خوبی با این فناوری مطابقت دارند:
مواد فلزی:
جوشکاری لیزری به دلیل توانایی آن در ارائه انرژی متمرکز که مواد را به طور موثر ذوب می کند و در عین حال اعوجاج حرارتی را محدود می کند، نسبت به اکثر فلزات برتری دارد. مثال های کلیدی عبارتند از:
فولاد ضد زنگ و فولاد کربن: این فلزات دارای رسانایی حرارتی متوسط و نرخ جذب انرژی لیزری بالایی هستند که آنها را برای جوشکاری لیزری ایده آل می کند. این فرآیند جوش های تمیز و قوی با کمترین اکسیداسیون را تولید می کند که برای کاربردهایی مانند ظروف آشپزخانه، قطعات خودرو و قطعات ساختاری مناسب است.
آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم: آلیاژهای سبک وزن{0} و با استحکام بالا مانند آلومینیوم 6061 یا تیتانیوم Ti-6Al-4V به طور گسترده ای با استفاده از لیزر جوش داده می شوند. گرمای متمرکز لیزر خطر ترک خوردگی را به حداقل می رساند (که در جوشکاری سنتی به دلیل انبساط حرارتی زیاد آنها رایج است) و استحکام اتصال ثابت را تضمین می کند که برای وزن سبک هوا فضا و خودرو ضروری است.
مس و آلیاژهای مس (با تنظیمات): در حالی که مس خالص بسیار بازتابنده است، آلیاژهای مس (به عنوان مثال، برنج، برنز) با بازتاب کمتری را می توان به طور موثر با لیزرهای فیبر متوسط تا{3} (بیش از یا مساوی 2000 وات) جوش داد. این برای اجزای الکتریکی، مبدل های حرارتی و زبانه های باتری در سیستم های ذخیره انرژی حیاتی است.
فلزات-ذوب-بالا: سوپرآلیاژهای مبتنی بر تنگستن، مولیبدن و نیکل-که در برابر دماهای بالا مقاومت میکنند، از توانایی جوشکاری لیزری برای تولید گرمای موضعی شدید بهره میبرند و اتصال دقیق را بدون به خطر انداختن یکپارچگی مواد ضروری میسازند-که برای موتورهای هوافضا و کورههای صنعتی ضروری است.
مواد غیر فلزی{{0} (انواع انتخابی):
برخی از غیر فلزات نیز به خوبی به جوشکاری لیزری پاسخ میدهند، به ویژه هنگامی که با لیزرهای همسان با طول موج- پردازش میشوند:
مهندسی پلاستیک: موادی مانند PP (پلی پروپیلن)، PC (پلی کربنات) و ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن) را می توان با استفاده از لیزرهای مادون قرمز نزدیک (NIR) یا CO2 جوش داد. انرژی متمرکز لیزر، سطح پلاستیک را به طور یکنواخت ذوب میکند و مهر و مومهای محکم و هرمتیک ایدهآل برای دستگاههای پزشکی، پوششهای لوازم الکترونیکی مصرفی و قطعات داخلی خودرو ایجاد میکند.
سرامیک (با-پیش درمان): سرامیک های پیشرفته (مانند آلومینا، زیرکونیا) را می توان بعد از اصلاح سطح (به عنوان مثال، پوشش دادن با لایه های فلزی برای افزایش جذب) یا استفاده از لیزرهای فوق سریع که تنش حرارتی را کاهش می دهد، با لیزر جوش- کرد. این برای قطعات دقیق در الکترونیک و هوا فضا ارزشمند است.
در حالی که جوش لیزری همه کاره است، با موادی که با مکانیسمهای اصلی آن در تضاد هستند، مانند بازتابپذیری بالا، شکنندگی شدید، یا نقطه ذوب پایین، با چالشهایی مواجه است. در اینجا به این دلیل است که این مواد نیاز به احتیاط دارند:
مواد بسیار بازتابنده:
مس خالص، آلومینیوم خالص، و برخی آلیاژهای{0}با خلوص بالا بازتاب لیزری بسیار بالایی دارند (اغلب بیش از 80٪ برای لیزرهای مادون قرمز نزدیک). این بدان معناست که بیشتر انرژی لیزر به جای جذب شدن از سطح می پرد و منجر به ذوب ناکارآمد، قوس های ناپایدار یا حتی آسیب به اجزای نوری سیستم لیزر می شود. برای رفع این مشکل، راهحلهای تخصصی مورد نیاز است: لیزرهای سبز پرقدرت (طول موج 532 نانومتر، جذب بهتر توسط مس/آلومینیوم) یا درمان قبلی (مثلاً زبری سطح) برای افزایش جذب انرژی.
مواد مستعد اکسیداسیون-:
فلزات راکتیو مانند آلومینیوم، منیزیم و آلیاژهای آنها در هنگام جوشکاری در معرض هوا بسیار حساس هستند. لایه های اکسیدی (مثلاً Al2O3 روی آلومینیوم) دارای نقطه ذوب بالاتری نسبت به فلز پایه هستند که باعث ایجاد عیوب جوش مانند تخلخل یا اتصالات ضعیف می شود. جوشکاری لیزری این مواد به یک محیط گاز محافظ (معمولاً آرگون یا هلیوم) نیاز دارد تا اکسیژن را جابجا کند و از جوشهای تمیز و بدون اکسید- اطمینان حاصل کند. بدون محافظ مناسب، کیفیت جوش به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
مواد شکننده:
شیشه، سرامیک های شکننده، و برخی از پلیمرهای{0} با چقرمگی کم در حین جوشکاری لیزری در معرض ترک خوردن هستند. چرخه های گرمایش و سرمایش سریع، تنش حرارتی شدیدی ایجاد می کند که از چقرمگی شکست ماده فراتر می رود. برای مثال،{3}}شیشه آهکی سودا ممکن است به دلیل انبساط حرارتی ناهموار خرد شود، در حالی که سرامیکهای شکننده مانند آلومینا میتوانند ریزترک ایجاد کنند. استراتژیهای کاهش عبارتند از-گرم کردن قبل از مواد، استفاده از-قدرت کم، سرعت اسکن آهسته، یا یکپارچهسازی{7}}پست جوش برای کاهش استرس-هر چند اینها پیچیدگی و هزینه را افزایش میدهند.
مواد با نقطه ذوب پایین یا فرار:
موادی که نقطه ذوب پایینی دارند (مانند سرب، قلع، برخی پلاستیکهای نرم مانند پلی اتیلن) یا فراریت بالا با جوشکاری لیزری مشکل دارند. انرژی متمرکز لیزر میتواند باعث ذوب بیش از حد، تبخیر مواد یا سوختن- شود که منجر به جوشهای ناسازگار یا آسیب ساختاری میشود. به عنوان مثال، جوشکاری ورقه های قلع نازک ممکن است به جای اتصالات منسجم منجر به سوراخ شود، در حالی که پلاستیک های ذوب پایین ممکن است به جای ایجاد پیوندهای قوی، زغال یا تغییر شکل دهند. این مواد اغلب برای روشهای اتصال جایگزین مانند جوشکاری اولتراسونیک یا چسبها مناسبتر هستند.
به طور خلاصه، جوشکاری لیزری با فلزات و فلزات غیر{0} انتخاب میشود که جذب انرژی، پایداری حرارتی و چقرمگی را متعادل میکنند. برای مواد چالش برانگیز، موفقیت به تجهیزات مناسب (مثلاً لیزرهای خاص با طول موج{4})، تنظیمات فرآیند (به عنوان مثال، گازهای محافظ، قبل از{7}}درمان) یا تکنیک های مکمل برای غلبه بر محدودیت های ذاتی بستگی دارد.
------------
رایدر
