لیزر به عنوان یک ابزار پیشرفته پردازش، نقش فزایندهای در زمینه جوشکاری صنعتی ایفا میکند. اگرچه فناوری جوشکاری لیزری سنتی میتواند این عیوب را تا حدودی کنترل کند، اما تأثیر آن اغلب توسط پارامترها و فرآیندهای جوشکاری ثابت محدود میشود. در سالهای اخیر، ظهور فناوری جوشکاری نوسانی لیزری، راهحل جدیدی برای کنترل عیوب جوشکاری ارائه میدهد. با معرفی نوسان پرتو لیزر در طول فرآیند جوشکاری، این فناوری میتواند ویژگیهای دینامیکی حوضچه جوش را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و در نتیجه کیفیت جوشکاری را بهینه کند. فناوری جوشکاری نوسانی لیزری عمدتاً مبتنی بر کنترل دقیق پرتو لیزر و فناوری نوسان برای دستیابی به جوشکاری کارآمد و با کیفیت بالا است.
بهبود ظاهر:
در طولفرآیند جوشکاری، پرتو لیزر به سرعت و با دقت تاب داده میشود تا کل ناحیه جوش را بپوشاند. هنگامی که پرتو در امتداد جهت جوش حرکت میکند، به اشکال مختلفی مانند دایره، شکل ۸ و مارپیچ نوسان میکند. چن و همکارانش از لیزر نوسانی برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم غیرمشابه استفاده کردند و در مقایسه با جوشکاری لیزر بدون نوسان، مورفولوژی جوش جلویی و پشتی جوشکاری لیزر نوسانی به طور قابل توجهی بهبود یافت. علاوه بر این، از جوشکاری لیزر نوسانی عرضی برای افزایش سازگاری فاصله شیار استفاده میشود. در برخی از قطعات اتصال رسانا، لازم است ناحیه اضافه جریان گسترش یابد، همچنین لازم است سطح اتصال فلزی گسترش یابد و همچنین لازم است جوشکاری لیزر نوسانی انجام شود تا سطح اتصال فلزی به شکل "U" درآید.
۱. (الف) و (ب) آمار مورفولوژی سطح مقطع جوش و اندازه جوش تحت حالتهای مختلف نوسان؛ (ج) شکلدهی سطح بالایی جوش تحت حالتهای مختلف نوسان.
بهبود جوش خوردگی ضعیف دیواره جانبی:
نقص عدم ذوب دیواره جانبی در جوشکاری لیزری سنتی با شکاف باریک صفحات با ضخامت متوسط به راحتی رخ میدهد، که ناشی از توزیع ناهموار انرژی لیزر در دهانه، ورودی گرما در مرکز شیار بزرگ و ورودی گرما در دیواره جانبی شیار کوچک است که نمیتواند ترکیب خوبی را تشکیل دهد. اقدام کلیدی برای حل نقص دیواره جانبی ذوب نشده، افزایش ورودی گرما به دیواره جانبی است. در فرآیند جوشکاری لیزری، توزیع انرژی معقولتری از پرتو لیزر روی سطح قطعه کار را میتوان از طریق نوسان پرتو محقق کرد. هنگامی که عرض شیار تغییر میکند، دامنه نوسان پرتو برای مطابقت با عرض شیار تنظیم میشود تا ورودی گرمای مؤثری به دیواره جانبی ایجاد شود.
۲. تصویر ماکروسکوپی جوش از لایه اول (L1) تا لایه هفتم (L7) برای جوشکاری لیزر با یا بدون نوسان.
کاهش عیوب تخلخل:
مکانیسم مهار نوسان لیزر روی منافذ جوشکاری را میتوان به بهبود پایداری سوراخهای کوچک و بهبود سیالیت فلز مایع نسبت داد. شکل 3 رفتار جریان حوضچه مذاب را که توسط ذرات ردیاب در طول فرآیند جوشکاری نشان داده شده است، نشان میدهد. تکان خوردن پرتو نور باعث میشود سوراخ کوچک یک حرکت چرخشی با فرکانس بالا و سرعت بالا ایجاد کند که سرریز حباب را افزایش میدهد و اثر "تله گذاری" روی منافذ جامد شده دارد. در عین حال، تکان خوردن پرتو نور مساحت سوراخ کوچک را افزایش میدهد و احتمال فروپاشی ناپایداری آن را برای تشکیل حبابها کاهش میدهد.
۳. (الف) و (ب) مسیر ذرات ردیاب در حین جوشکاری؛ ناحیه باز شدن سوراخ کلید: (ج) بدون لیزر نوسانی (د) لیزر نوسانی.
کاهش عیوب ترک:
ترک حرارتی نوعی نقص است که در فرآیند جوشکاری به دلیل برهمکنش تنش داخلی و عوامل متالورژیکی ایجاد میشود و اغلب در ناحیه متاثر از حرارت (HAZ) جوشکاری یافت میشود. تشکیل چنین ترکهایی به آسیبپذیری ماده در دماهای بالا، تنش جوشکاری و ترکیب شیمیایی ماده مربوط میشود. فناوری جوشکاری لیزری سنتی ممکن است در فرآیند جوشکاری ترکهای حرارتی ایجاد کند، عمدتاً به دلایل زیر: اول، به دلیل ورودی انرژی بالای جوشکاری لیزری، که منجر به گرم و سرد شدن سریع ناحیه جوش میشود و در نتیجه گرادیان حرارتی زیاد و تنش حرارتی ایجاد میکند. دوم، واکنش متالورژیکی در فرآیند جوشکاری ممکن است منجر به جداسازی عناصر ناخالصی با نقطه ذوب پایین، تشکیل فاز شکننده و افزایش حساسیت ترکها شود. در نهایت، انجماد سریع ماده ممکن است منجر به ناهمگنی ریزساختار شود و جهت رشد کریستالهای ستونی از حوضچه مذاب به سمت مرکز باشد، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. در این حالت، حساسیت به ترک خوردگی به طور قابل توجهی افزایش مییابد.
۴. حالت انجماد جوشکاری لیزری (الف) جوشکاری لیزری معمولی (ب) جوشکاری لیزری نوسانی.
فناوری جوشکاری لیزر نوسانی میتواند با وارد کردن پرتو لیزر نوسانی، وقوع ترکهای داغ را به طور مؤثر کاهش یا از بین ببرد. در طول فرآیند جوشکاری لیزر نوسانی، نوسان دورهای پرتو لیزر میتواند جریان فلز را در حوضچه مذاب افزایش دهد و در نتیجه یکنواختی ریزساختار را بهبود بخشد و دانه به صورت هم محور در مرکز حوضچه مذاب رشد کند، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. این دانههای هم محور به عنوان یک مانع محافظ برای جلوگیری از انتشار ترک عمل میکنند و به عنوان یک لایه عایق حرارتی برای جلوگیری از انتشار بیشتر ترک عمل میکنند. در عین حال، لیزر نوسانی به کاهش تشکیل فاز شکننده به دلیل جدایش اجزا کمک میکند و خطر ترک خوردگی حرارتی را کاهش میدهد.
۵. (الف) ویژگیهای ریزساختار انجمادی جوشهای جوشکاری لیزری مرسوم (ب) ویژگیهای ریزساختار انجمادی جوشهای نوسانی لیزری (CCW).
در مقایسه با جوشکاری خودجوش لیزری، فناوری جوشکاری لیزر نوسانی به عنوان روشی مؤثر برای کاهش تمایل به تخلخل و بهبود عیوبی مانند عدم ذوب دیوارههای جانبی شناخته شده است. به دلیل اثر همزن پرتو بر روی حوضچه مذاب، این فناوری مزایای قابل توجهی در بهبود تطابق شکاف، بهبود یکنواختی ریزساختار و اصلاح دانهبندی دارد. کاربرد فناوری جوشکاری نوسانی لیزری میتواند جوشکاری لیزر را به طور گستردهتری مورد استفاده قرار دهد و جوشکاری دقیق و کارآمد لیزری را میتوان برای قطعات کار بزرگتر و جوشهای پهنتر به دست آورد، یعنی فرآیند اولیه و دقت مونتاژ محصول کاهش مییابد.
زمان ارسال: ۲۱ فوریه ۲۰۲۵
