دستگاه جوش لیزری: تکنولوژی، کاربردها و راهنمای خرید

جوشکاری لیزری اتصال دقیق و پرسرعت در صنایع پیشرفته

جوشکاری لیزری یکی از روش های نوین و پیشرفته اتصال دائمی قطعات به ویژه فلزات است که در آن از پرتو لیزر متمرکز و پرانرژی برای ذوب و اتصال قطعات استفاده می شود. این روش به دلیل دقت بالا سرعت زیاد ایجاد حداقل اعوجاج و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) کوچک در صنایع مختلفی که نیاز به اتصالات ظریف مستحکم و با کیفیت دارند کاربرد گسترده ای پیدا کرده است. در این مقاله به معرفی دستگاه جوش لیزری انواع کاربردها مزایا و معایب پارامترهای مهم نکات ایمنی و راهنمای خرید آن می پردازیم. شایان ذکر است که جهت خرید دستگاه جوش لیزری صنعتی خود ما شرکت کارا ولدینگ پایا را که اولین شرکت تخصصی در زمینه ارائه و فروش انواع دستگاه های جوش لیزری صنعتی می باشد را به شما پیشنهاد میکنیم و شما عزیزان میتوانید برای مشاوره و همچنین اطلاعات بیشتر در خصوص این دستگاه ها از طریق «تماس با ما» این وب سایت سوالات خود را مطرح نموده و اطلاعات جامع و کامل خود را دریافت نمایید.

دستگاه جوش لیزری چیست؟

دستگاه جوش لیزری دستگاهی است که از نور لیزر به عنوان منبع حرارتی برای ذوب و اتصال قطعات استفاده می کند. این دستگاه از یک منبع لیزر (مانند لیزر فایبر لیزر CO2 یا لیزر Nd:YAG) تشکیل شده است که پرتو لیزر را تولید می کند. این پرتو از طریق یک سیستم اپتیکی (آینه ها و عدسی ها) به هد جوشکاری هدایت شده و در آنجا بر روی نقطه مورد نظر متمرکز می شود.

نحوه عملکرد دستگاه جوش لیزری

1. تولید پرتو لیزر: منبع لیزر پرتو نوری با طول موج و توان مشخص تولید می کند.
2. انتقال پرتو: پرتو لیزر از طریق فیبر نوری (در لیزرهای فایبر) یا مجموعه ای از آینه ها (در لیزرهای CO2) به هد جوشکاری منتقل می شود.
3. تمرکز پرتو: در هد جوشکاری یک لنز مخصوص پرتو لیزر را بر روی نقطه مورد نظر متمرکز می کند.
4. ذوب مواد: انرژی متمرکز شده لیزر باعث ذوب شدن مواد در نقطه تمرکز می شود.
5. ایجاد اتصال: پس از ذوب شدن مواد مذاب با یکدیگر مخلوط شده و پس از سرد شدن یک اتصال دائمی و مستحکم را تشکیل می دهند.
6. گاز محافظ: در بسیاری از موارد از یک گاز محافظ (مانند آرگون یا هلیوم) برای محافظت از حوضچه مذاب در برابر اکسید شدن و ایجاد جوش با کیفیت بالاتر استفاده می شود.

انواع دستگاه های جوش لیزری

دستگاه های جوش لیزری بر اساس نوع منبع لیزر به چند دسته اصلی تقسیم می شوند:

لیزر فایبر (Fiber Laser):

• منبع لیزر: فیبر نوری آلاییده شده با عناصر خاکی کمیاب (مانند ایتربیوم)
• مزایا:
• کیفیت پرتو عالی و دقت جوشکاری بالا
• راندمان بالا و مصرف انرژی کم
• عمر طولانی (بیش از 25000 ساعت)
• هزینه نگهداری پایین
• ابعاد کوچک و جمع و جور
• قابلیت اطمینان بالا
• سرعت جوشکاری بالا
• قابلیت جوشکاری طیف وسیعی از فلزات (فولاد استیل آلومینیوم مس برنج تیتانیوم و …)
• معایب:
• قیمت بالاتر نسبت به لیزرهای CO2 (در توان مشابه)
• به طور کلی برای جوشکاری مواد غیرفلزی مناسب نیستند (مگر در موارد خاص و با تنظیمات ویژه)
• کاربردها: جوشکاری انواع فلزات جوشکاری ورق های نازک و ضخیم جوشکاری قطعات پیچیده و ظریف جوشکاری در صنایع خودروسازی هوافضا الکترونیک پزشکی و …

لیزر CO2:

• منبع لیزر: گاز دی اکسید کربن (CO2)
• مزایا:
• هزینه اولیه نسبتاً پایین تر از لیزر فایبر (در توان مشابه)
• قابلیت جوشکاری برخی فلزات نازک و مواد غیرفلزی
• معایب:
• کیفیت پرتو پایین تر از لیزر فایبر
• راندمان پایین تر و مصرف برق بیشتر
• نیاز به نگهداری بیشتر (تعویض تیوب لیزر و تنظیم آینه ها)
• عدم کارایی برای جوشکاری فلزات ضخیم و فلزات با بازتابش بالا (مانند مس و آلومینیوم)
• کاربردها:
• جوشکاری ورق های فلزی نازک
• جوشکاری برخی مواد غیرفلزی
• بیشتر برای برش و حکاکی غیر فلزات استفاده می شود.

لیزر Nd:YAG و Nd:YVO:

• منبع لیزر: کریستال جامد (Nd:YAG: نئودیمیم-ایتریم-آلومینیوم-گارنت؛ Nd:YVO: نئودیمیم-ایتریم-وانادات)
• مزایا:
• قابلیت ایجاد پرتوهای بسیار ظریف و متمرکز
• مناسب برای جوشکاری نقطه ای و جوشکاری فلزات ظریف
• معایب:
• هزینه بالاتر نسبت به لیزر CO2
• راندمان پایین تر نسبت به لیزر فایبر
• کاربردها:
• جوشکاری نقطه ای
• جوشکاری قطعات الکترونیکی
• جوشکاری فلزات ظریف و گرانبها (مانند طلا و نقره)
• برخی از کاربردهای پزشکی

مزایای جوشکاری لیزری نسبت به روش های سنتی

• دقت بالا: جوشکاری لیزری می تواند جوش های بسیار ظریف و دقیقی را با حداقل اعوجاج ایجاد کند.
• سرعت بالا: جوشکاری لیزری بسیار سریع تر از روش های سنتی مانند جوشکاری قوس الکتریکی (TIG MIG) است.
• ایجاد ناحیه کوچک متاثر از حرارت (HAZ): به دلیل تمرکز بالای انرژی لیزر ناحیه متاثر از حرارت در جوشکاری لیزری بسیار کوچک است. این امر باعث کاهش اعوجاج و تنش های پسماند در قطعه کار می شود.
• کاهش تنش های پسماند: به دلیل HAZ کوچک تنش های پسماند در قطعه کار کاهش می یابد.
• اتصال مستحکم و با کیفیت: جوش لیزری معمولاً اتصالاتی با استحکام و کیفیت بالا ایجاد می کند.
• قابلیت اتوماسیون: فرآیند جوشکاری لیزری به راحتی می تواند خودکار شود و در خطوط تولید انبوه مورد استفاده قرار گیرد.
• انعطاف پذیری: قابلیت جوشکاری طیف وسیعی از مواد و ضخامت ها.
• کاهش هزینه های تولید: در بسیاری از موارد جوشکاری لیزری می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد.

معایب و محدودیت های جوشکاری لیزری

• هزینه اولیه بالا: دستگاه های جوش لیزری معمولاً گران قیمت هستند.
• نیاز به تجهیزات و اپراتور ماهر: راه اندازی و کار با دستگاه جوش لیزری نیاز به تجهیزات جانبی (مانند سیستم خنک کننده سیستم تغذیه گاز محافظ و …) و اپراتور ماهر و آموزش دیده دارد.
• محدودیت در جوشکاری برخی از مواد: جوشکاری برخی از مواد با بازتابش بالا (مانند مس و آلومینیوم) با لیزر ممکن است دشوار باشد یا نیاز به تنظیمات خاص داشته باشد.
• مسائل ایمنی: لیزر می تواند برای چشم و پوست خطرناک باشد و باید نکات ایمنی به طور کامل رعایت شود.

کاربردهای دستگاه جوش لیزری در صنایع مختلف

دستگاه های جوش لیزری در صنایع مختلفی کاربرد دارند از جمله:

• صنعت خودروسازی: جوشکاری بدنه خودرو قطعات موتور شاسی اگزوز و …
• صنعت هوافضا: جوشکاری قطعات حساس و دقیق هواپیما موتورهای جت موشک ها و …
• صنعت الکترونیک: جوشکاری قطعات ریز و حساس الکترونیکی اتصال سیم های ظریف ساخت مدارهای الکترونیکی
• صنعت پزشکی: جوشکاری ایمپلنت های پزشکی ابزارهای جراحی ساخت تجهیزات پزشکی
• صنعت جواهرسازی: جوشکاری طلا نقره و سایر فلزات گرانبها تعمیر جواهرات
• ساخت قطعات صنعتی: جوشکاری انواع قطعات صنعتی با دقت و سرعت بالا
• صنایع نظامی: جوشکاری تجهیزات و ادوات نظامی
• صنعت کشتی سازی: جوشکاری بدنه کشتی و سایر قطعات فلزی

پارامترهای مهم در جوشکاری لیزری

کیفیت جوش لیزری به پارامترهای مختلفی بستگی دارد که باید به دقت تنظیم شوند:

توان لیزر:

مقدار انرژی لیزر که بر روی قطعه کار تابانده می شود. توان لیزر باید با توجه به نوع ماده ضخامت و سرعت جوشکاری انتخاب شود.

سرعت جوشکاری:

سرعت حرکت هد لیزر بر روی قطعه کار. سرعت جوشکاری باید با توجه به توان لیزر و نوع ماده تنظیم شود.

فاصله کانونی:

فاصله بین لنز و قطعه کار که بر روی تمرکز پرتو لیزر تاثیر می گذارد. فاصله کانونی باید به درستی تنظیم شود تا پرتو لیزر در نقطه مورد نظر متمرکز شود و جوشکاری با کیفیت مطلوب انجام شود.

نوع و فشار گاز محافظ:

گازی که برای محافظت از حوضچه مذاب و جلوگیری از اکسید شدن استفاده می شود. نوع و فشار گاز محافظ باید با توجه به نوع ماده و فرآیند جوشکاری انتخاب شود. گازهای رایج عبارتند از: آرگون هلیوم و نیتروژن.

شکل موج لیزر (پیوسته یا پالسی):

لیزر می تواند به صورت پیوسته (Continuous Wave – CW) یا پالسی (Pulsed) باشد. انتخاب نوع موج به نوع کاربرد و ماده مورد نظر بستگی دارد.

انواع اتصالات قابل انجام با جوش لیزری

• جوش لب به لب (Butt joint)
• جوش روی هم (Lap joint)
• جوش گوشه (Corner joint)
• جوش T شکل (T-joint)
• جوش لبه (Edge joint)

بیشتر بخوانید: پاسخ به سؤالات متداول درباره دستگاه‌های جوش لیزری

نکات ایمنی در کار با دستگاه جوش لیزری

• همیشه از عینک محافظ مخصوص لیزر استفاده کنید.
• از لباس محافظ مناسب استفاده کنید.
• در محیطی با تهویه مناسب کار کنید.
• هرگز به طور مستقیم به پرتو لیزر نگاه نکنید.
• قبل از شروع به کار دستورالعمل های ایمنی سازنده دستگاه را به دقت مطالعه کنید.
• از افراد غیرمتخصص و آموزش ندیده دوری کنید.
• از مواد مناسب برای جوشکاری لیزری استفاده کنید.

نتیجه گیری: اتصال دقیق و مستحکم با فناوری لیزر

دستگاه های جوش لیزری با دقت سرعت و کیفیت بالای خود به ابزاری ضروری در بسیاری از صنایع تبدیل شده اند. با انتخاب نوع مناسب دستگاه رعایت نکات ایمنی و نگهداری می توانید از مزایای این فناوری بهره مند شوید و اتصالاتی مستحکم و بادوام ایجاد کنید. پیشرفت های سریع در این حوزه نویدبخش آینده ای روشن برای تکنولوژی جوش لیزری و کاربردهای گسترده تر آن در صنایع مختلف است.

 

سوالات متداول:

1. بهترین نوع دستگاه جوش لیزری برای فلزات کدام است؟

به طور کلی لیزرهای فایبر به دلیل کیفیت بالای پرتو راندمان بالا عمر طولانی و توانایی جوشکاری طیف وسیعی از فلزات با ضخامت های مختلف برای جوشکاری فلزات بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. با این حال انتخاب بهترین نوع لیزر به عوامل مختلفی مانند نوع فلز ضخامت کیفیت مورد نظر جوش و بودجه شما بستگی دارد.

2. آیا جوشکاری لیزری برای همه فلزات مناسب است؟

لیزر فایبر قابلیت جوشکاری طیف وسیعی از فلزات را دارد اما برخی از فلزات به دلیل ویژگی های خاص خود ممکن است چالش هایی ایجاد کنند. به عنوان مثال فلزاتی با بازتابش بالا مانند مس و آلومینیوم ممکن است نیاز به تنظیمات خاص لیزر و یا استفاده از تکنیک های ویژه داشته باشند.

3. آیا کار با دستگاه جوش لیزری خطرناک است؟

بله دستگاه های جوش لیزری به دلیل توان بالا می توانند برای چشم و پوست خطرناک باشند. بنابراین رعایت کامل نکات ایمنی هنگام کار با این دستگاه ها ضروری است. استفاده از عینک محافظ مخصوص لیزر لباس محافظ مناسب تهویه مناسب محل کار و آموزش صحیح اپراتور از جمله مهم ترین نکات ایمنی هستند. هرگز به طور مستقیم به پرتو لیزر نگاه نکنید و قبل از شروع به کار دستورالعمل های ایمنی سازنده دستگاه را به دقت مطالعه کنید.

4. قیمت دستگاه جوش لیزری چقدر است؟

قیمت دستگاه جوش لیزری به عوامل مختلفی مانند نوع لیزر (فایبر CO2 و …) توان لیزر ابعاد میز کار (در صورت وجود) برند سازنده کشور سازنده و آپشن های اضافی بستگی دارد. قیمت این دستگاه ها می تواند از چند هزار دلار برای دستگاه های کوچک و رومیزی تا چند صد هزار دلار برای دستگاه های بزرگ و صنعتی متغیر باشد.

5. برای خرید دستگاه جوش لیزری به چه نکاتی باید توجه کنم؟

قبل از خرید دستگاه جوش لیزری باید نیازهای خود را به طور دقیق مشخص کنید. چه نوع موادی را می خواهید جوش دهید؟ به چه توانی از لیزر نیاز دارید؟ چه نوع اتصالاتی (لب به لب روی هم گوشه و …) را می خواهید ایجاد کنید؟ بودجه شما چقدر است؟ پس از پاسخ به این سوالات می توانید با مشاوره گرفتن از متخصصان و بررسی برندهای مختلف بهترین گزینه را برای خود انتخاب کنید. همچنین به خدمات پس از فروش و گارانتی دستگاه نیز توجه کنید.