آلات اللحام بالليزر

كثافة طاقة الليزر:تشير كثافة طاقة الليزر إلى طاقة الليزر لكل وحدة مساحة.
كثافة الطاقة (وات/متر مكعب)=4*طاقة نبضة الليزر (جول)/πقطر البقعة (سم)²*عرض النبضة (ث)قطر البقعة (مم)=[طول بؤري للتركيز (مم)/طول بؤري لمحاذاة رأس الليزر (مم)]*قطر قلب الألياف الضوئية (مم) 1 سم=10مم=10000ميكرومتر

قوة الليزر:لحام الليزر في وجود عتبة كثافة طاقة الليزر 104-106W/cm²، أقل من هذه القيمة، يمكن أن يؤدي امتصاص المعدن لطاقة الليزر فقط إلى زيادة درجة حرارة سطح المادة، ولكن الحفاظ على الطور الصلب دون تغيير، بمجرد الوصول إلى القيمة أو تجاوزها، سيتم زيادة عمق الاندماج بشكل كبير. فقط عندما تتجاوز كثافة طاقة الليزر على قطعة العمل قيمة العتبة (تعتمد على المادة)، يتم توليد بلازما، مما يشير إلى استقرار عمق لحام الاندماج. إذا وصلت طاقة الليزر إلى قيمة العتبة، يحدث ذوبان السطح فقط على قطعة العمل، أي أن اللحام يحدث في نوع توصيل حراري ثابت. عندما تكون كثافة طاقة الليزر في حدود 106 واط/سم²، وهي الحالة الحرجة لتكوين ثقوب صغيرة، يحدث الذوبان العميق ولحام التوصيل الحراري بالتناوب، وتصبح عملية اللحام غير مستقرة، مما يؤدي إلى تقلبات كبيرة في عمق الاختراق. في لحام الذوبان العميق بالليزر، تتحكم طاقة الليزر في كل من عمق الاختراق وسرعة اللحام. يرتبط عمق اللحام بشكل مباشر بكثافة طاقة الشعاع ويعتمد على طاقة الشعاع الساقط ونقطة تركيز الشعاع. بشكل عام، بالنسبة لقطر معين من شعاع الليزر، يزداد عمق الاختراق مع زيادة طاقة الشعاع.

شكل موجة عرض نبضة الليزر:بشكل عام، عندما يبدأ الليزر في العمل على سطح المادة المعالجة، تكون الانعكاسية عالية، وعندما ترتفع درجة حرارة سطح المادة إلى نقطة الانصهار، تنخفض الانعكاسية بسرعة. عندما تكون درجة حرارة سطح المادة في حالة الانصهار، تستقر الانعكاسية عند قيمة معينة. لذلك عند لحام مادة عاكسة عالية، إذا تم الحفاظ على موجة مربعة (الطاقة المطلوبة أعلى بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ)، فإن بداية مرحلة انعكاس النحاس عالية، وينعكس معظم الضوء، وفي المرحلة الثانية من زيادة درجة حرارة النحاس تنخفض الانعكاسية، ويبدأ النحاس في امتصاص الطاقة، إذا كانت هذه المرة لا تزال طاقة عالية جدًا، فقد يتم تسخين درجة حرارة النحاس إلى نقطة الغليان، مما يؤدي إلى حدوث عدم استقرار اللحام، لذلك من الضروري استخدام سبايك مسبق مع انخفاض بطيء في شكل الموجة.

كمية عدم التركيز:إن عدم التركيز هو المسافة من سطح اللحام إلى أصغر بقعة من شعاع الليزر المركّز أثناء اللحام. هناك نوعان من عدم التركيز: عدم التركيز الإيجابي وعدم التركيز السلبي. كما هو موضح في الشكل، فإن المستوى البؤري الموجود فوق قطعة العمل هو عدم تركيز إيجابي، والعكس صحيح هو عدم تركيز سلبي. يمكن أن يؤدي تغيير مقدار عدم التركيز إلى تغيير حجم بقعة تسخين الليزر وحالة سقوط الشعاع. إن مقدار عدم التركيز الواحد كبير جدًا بحيث لا يجعل قطر البقعة أكبر، ويقلل من كثافة الطاقة فوق البقعة، بحيث يتم تقليل عمق الاندماج. لا يؤثر مقدار عدم التركيز على حجم قطر البقعة على سطح قطعة العمل فحسب، بل يؤثر أيضًا على اتجاه سقوط الشعاع، ووضع اللحام، وما إلى ذلك، وبالتالي يكون له تأثير أكبر على شكل اللحام، وحوض المنصهر، والمساحة المقطعية.

سرعة اللحام:تؤثر سرعة اللحام على مدخلات الحرارة لكل وحدة زمنية. إذا كانت سرعة اللحام بطيئة للغاية، فسيكون مدخل الحرارة كبيرًا جدًا، مما يؤدي إلى احتراق قطعة العمل؛ إذا كانت سرعة اللحام سريعة جدًا، فسيكون مدخل الحرارة صغيرًا جدًا، مما يؤدي إلى لحام قطعة العمل. تحت قوة ليزر معينة، قم بزيادة سرعة اللحام، وينخفض ​​مدخل الحرارة، وينخفض ​​عمق اللحام. يمكن أن يؤدي تقليل سرعة اللحام بشكل مناسب إلى زيادة عمق الانصهار، ولكن إذا كانت سرعة اللحام منخفضة جدًا، فلن يزيد عمق الانصهار، بل يزيد عرض الذوبان.

الغاز الوقائي:غالبًا ما تستخدم عملية اللحام بالليزر الغازات الخاملة لحماية حوض المنصهر، عندما لا تهتم بعض المواد باللحام، لا يمكن أخذ الأكسدة السطحية في الاعتبار، ولكن بالنسبة لمعظم التطبيقات، غالبًا ما يتم استخدام الهيليوم والأرجون والنيتروجين والغازات الأخرى للحماية، بحيث لا تتعرض قطعة العمل في عملية اللحام للأكسدة. الدور الثاني لاستخدام الغازات الواقية هو حماية عدسة التركيز من تلوث بخار المعدن ورشاش القطرات السائلة. خاصة في اللحام بالليزر عالي الطاقة، لأن مقذوفاته تصبح قوية جدًا، في هذا الوقت تكون حماية العدسة ضرورية جدًا. الدور الثالث للغاز الواقي هو تبديد درع البلازما الناتج عن اللحام بالليزر عالي الطاقة وهو فعال للغاية. يمتص بخار المعدن شعاع الليزر ويتأين في سحابة بلازما، ويتأين الغاز الواقي حول بخار المعدن أيضًا بسبب الحرارة. إذا كان هناك الكثير من البلازما، يتم استهلاك شعاع الليزر إلى حد ما بواسطة البلازما. تتواجد البلازما على سطح العمل كمصدر ثانٍ للطاقة، مما يجعل عمق الانصهار أقل عمقًا وسطح حوض اللحام أوسع. يكون تأثير سحابة البلازما على عمق الذوبان أكثر وضوحًا في منطقة سرعة اللحام المنخفضة. يتضاءل تأثيرها عند زيادة سرعة اللحام.

مواد اللحام:يعتمد امتصاص شعاع الليزر بواسطة المادة على بعض الخصائص المهمة للمادة، مثل معدل الامتصاص، والانعكاسية، والتوصيل الحراري، ودرجة حرارة الانصهار، ودرجة حرارة التبخر وما إلى ذلك، وأهمها معدل الامتصاص. تشمل العوامل التي تؤثر على امتصاص المادة لشعاع الليزر جانبين: أولاً، معامل المقاومة الكهربائية للمادة، بعد قياس معدل امتصاص السطح المصقول للمادة، وجد أن معدل امتصاص المادة يتناسب مع الجذر التربيعي لمعامل المقاومة الكهربائية، والذي يتغير مع درجة الحرارة؛ ثانيًا، حالة سطح المادة (أو درجة التشطيب) لها تأثير أكثر أهمية على معدل امتصاص الشعاع، مما سيكون له تأثير كبير على تأثير اللحام.