أولا ما هو الليزر؟ تم إنتاج أول شعاع ليزر في العالم عام 1960 باستخدام لمبة فلاش لإثارة حبيبات كريستال الياقوت. نظرًا لمحدودية السعة الحرارية للبلورة، يمكنها فقط إنتاج شعاع نبضي قصير جدًا بتردد منخفض جدًا. على الرغم من أن ذروة طاقة النبضة اللحظية يمكن أن تصل إلى 106 واط، إلا أنها لا تزال منخفضة الطاقة.
تستخدم تقنية الليزر مستقطبًا لعكس الشعاع الناتج عن الليزر بحيث يتم تركيزه في جهاز تركيز لإنتاج شعاع من الطاقة الضخمة. إذا كان التركيز قريبًا من قطعة العمل، فسوف تذوب قطعة العمل وتتبخر خلال بضعة أجزاء من الثانية. يمكن استخدام هذا التأثير في عملية اللحام. ظهور ثاني أكسيد الكربون عالي الطاقة-2وقد فتحت أجهزة ليزر YAG-عالية الطاقة مجالًا جديدًا لللحام بالليزر. إن مفتاح معدات اللحام بالليزر هو أشعة الليزر ذات الطاقة العالية-. هناك فئتان رئيسيتان. أحدهما هو الليزر الصلب، المعروف أيضًا باسم ليزر Nd:YAG. Nd (النيوديميوم) هو عنصر أرستقراطي نادر، ويرمز YAG إلى عقيق الألومنيوم الإيتريوم، وبنيته البلورية تشبه الياقوت. الطول الموجي لليزر Nd:YAG هو 1.06 ميكرومتر. والميزة الرئيسية هي أن الشعاع المتولد يمكن أن ينتقل من خلال الألياف الضوئية، لذلك يمكن حذف نظام نقل الشعاع المعقد. إنها مناسبة لأنظمة التصنيع المرنة أو المعالجة عن بعد، وعادةً ما يتم استخدامها لقطع العمل ذات متطلبات دقة اللحام العالية. يشيع استخدام ليزر Nd:YAG بقدرة إنتاجية تبلغ 3-4 كيلووات في صناعة السيارات. النوع الآخر هو الليزر الغازي، المعروف أيضًا باسم CO2الليزر. يتم استخدام الغاز الجزيئي كوسيط عمل لإنتاج ليزر الأشعة تحت الحمراء بحجم موحد يبلغ 10.6 ميكرومتر. يمكن أن تعمل بشكل مستمر وتنتج طاقة عالية جدًا. تتراوح قوة الليزر القياسية بين 2-5 كيلووات.
بالمقارنة مع تقنيات اللحام التقليدية الأخرى، المزايا الرئيسية للحام بالليزر هي:
1. السرعة العالية والعمق الكبير والتشوه الصغير.
2. يمكن إجراء اللحام في درجة حرارة الغرفة أو في ظل ظروف خاصة، ومعدات اللحام بسيطة. على سبيل المثال، لن ينحرف شعاع الليزر عند المرور عبر مجال كهرومغناطيسي؛ يمكن لأشعة الليزر إجراء اللحام في الفراغ والهواء وبيئات غازية معينة، ويمكن اللحام من خلال الزجاج أو المواد الشفافة لشعاع الليزر.
3. يمكنها لحام المواد المقاومة للحرارة مثل التيتانيوم، والكوارتز، وما إلى ذلك، ويمكنها أيضًا لحام المواد غير المتجانسة بنتائج جيدة.
4. بعد تركيز الليزر، تكون كثافة الطاقة عالية. عند لحام أجهزة عالية الطاقة-، يمكن أن تصل نسبة العرض إلى الارتفاع إلى 5:1 وحتى 10:1.
5. اللحام الجزئي ممكن. بعد تركيز شعاع الليزر، يمكن الحصول على بقعة صغيرة جدًا ويمكن وضعها بدقة، بحيث يمكن تطبيقها
يتم استخدامه في تجميع ولحام قطع العمل الصغيرة والصغيرة في الإنتاج الآلي الضخم.
6. يمكنه لحام الأجزاء التي لا يمكن الوصول إليها وتنفيذ اللحام عن بعد بدون اتصال، وهو ما يتمتع بمرونة كبيرة. في السنوات الأخيرة على وجه الخصوص، تم اعتماد تكنولوجيا نقل الألياف الضوئية في تكنولوجيا المعالجة بالليزر YAG، مما مكنت من الترويج لتكنولوجيا اللحام بالليزر وتطبيقها على نطاق أوسع.
7. يمكن تقسيم شعاع الليزر بسهولة في الزمان والمكان، مما يتيح معالجة الحزم المتعددة-المتزامنة ومعالجة المحطات المتعددة-، مما يوفر الظروف اللازمة للحام أكثر دقة.
ومع ذلك، فإن اللحام بالليزر له أيضًا بعض القيود:
1. يتطلب دقة تجميع عالية لقطع العمل ولا يمكن تعويض موضع شعاع الليزر على قطعة العمل بشكل كبير. وذلك لأن حجم بقعة الليزر يكون صغيرًا بعد التركيز، ويكون خط اللحام ضيقًا، ويتم إضافة مادة الحشو المعدنية. إذا كانت دقة تجميع قطعة العمل أو دقة تحديد موضع الشعاع لا تلبي المتطلبات، فمن الممكن أن تحدث عيوب اللحام بسهولة.
2. تكلفة الليزر والأنظمة ذات الصلة مرتفعة نسبيًا، مما يؤدي إلى استثمار أولي كبير.
