مونتاژ جوشکاری
۱. شکاف مونتاژ و ناهمترازی
کیفیت مونتاژ برای تضمین کیفیت جوشکاری بسیار مهم است. شکافهای مونتاژ بیش از حد یا عدم همترازی میتواند به راحتی باعث ایجاد عیوبی مانند سوختگی، تشکیل جوش ضعیف و نفوذ ناقص شود. شکاف مونتاژ برای اتصالات گوشه و لب به لب باید تا حد امکان کوچک باشد. جدول 8-2 الزامات مربوط به شکافها و عدم همترازی در جوشکاری خودجوش لیزری دستی را فهرست میکند.
برای اطمینان از ابعاد قطعه کار، کاهش تغییر شکل و جلوگیری از ناهمترازی ناحیه مورد جوشکاری به دلیل تغییر شکل پیچشی در حین جوشکاری، معمولاً قبل از جوشکاری، جوشکاری تک خال مورد نیاز است. همان روش فرآیند جوشکاری رسمی برای جوشکاری تک خال مونتاژ استفاده میشود. طول جوشهای تک خال 20 تا 30 میلیمتر است و الزامات کیفیت برای جوشهای تک خال (مثلاً عمق نفوذ و عرض) کمتر از جوشکاری رسمی است. معمولاً برای جوشکاری تک خال از سرعت حرکت بیشتری نسبت به جوشکاری رسمی استفاده میشود. با فرض اطمینان از اتصال مطمئن جوشهای تک خال، جوشهای تک خال باید صاف، بلند و نازک باشند و نباید بیش از حد بزرگ، پهن یا بلند باشند. جوشهای تک خال همچنین برای جلوگیری از اکسیداسیون به محافظت کافی نیاز دارند.
۳. فیکسچرها و گیرهها
جوشکاری لیزری بیشتر برای موارد زیر استفاده میشودجوشکاری صفحات نازکدر جوشکاری صفحات نازک، جوشکاری معمولاً در سمت جلویی قطعه کار انجام میشود و ذوب کافی در سمت پشتی برای دستیابی به یک جوش پشتی خوشفرم وجود دارد. برای انتخاب پارامتر: ورودی کم گرما ممکن است باعث ذوب ناقص در پشت شود؛ ورودی زیاد گرما، در حالی که نفوذ کامل در پشت را تضمین میکند، ممکن است به دلیل گرانش فلز مذاب یا عرض ذوب نامتناسب نسبت به ضخامت قطعه کار، منجر به سوختگی شود. برای جلوگیری از سوختگی، اگر قطعه کار امکان بستن را داشته باشد، باید از فیکسچرها برای بستن قطعه کار در حین جوشکاری صفحات نازک استفاده شود - فشار دادن سمت جلویی و قرار دادن یک صفحه پشتی مسی یا فولاد ضد زنگ در سمت پشتی. این کار از تغییرات در شکافهای مونتاژ یا عدم تراز ناشی از تغییر شکل جوش جلوگیری میکند و از فروپاشی حرارتی جلوگیری میکند. هنگامی که قطعه کار به دلایل ساختاری، اتلاف حرارت ناهمواری در مناطق دارد، استفاده از فیکسچرها برای متعادل کردن اتلاف حرارت نیز مؤثر است، با هدف ایجاد جوشهایی با ابعاد یکنواخت در هر دو طرف جلویی و پشتی.
انتخاب پارامترهای جوشکاری
به طور کلی، پارامترهای جوشکاری لیزر شامل توان لیزر، پهنای پالس لیزر، میزان عدم فوکوس، سرعت جوشکاری و گاز محافظ است.
۱. توان لیزر
در جوشکاری لیزری، یک آستانه چگالی توان لیزر وجود دارد. در زیر این آستانه، عمق نفوذ کم است؛ پس از رسیدن یا عبور از آن، عمق نفوذ به طور قابل توجهی افزایش مییابد. پلاسما تنها زمانی تولید میشود که چگالی توان لیزر روی قطعه کار از آستانه فراتر رود، که نشان دهنده جوشکاری نفوذ عمیق پایدار است. در زیر آستانه، فقط ذوب سطحی رخ میدهد (جوشکاری هدایت حرارتی پایدار). در نزدیکی شرایط بحرانی برای تشکیل سوراخ کلید، نفوذ عمیق و جوشکاری هدایت حرارتی به طور متناوب اتفاق میافتند و منجر به یک فرآیند ناپایدار با نوسانات زیاد در عمق نفوذ میشوند. توان لیزر یکی از مهمترین پارامترها در پردازش لیزری و تعیین کننده کلیدی عمق نفوذ جوش است. برای قطر نقطه متمرکز ثابت، چگالی توان لیزر متناسب با توان لیزر است: توان بالاتر عمق نفوذ و سرعت جوشکاری را افزایش میدهد. با این حال، توان بیش از حد باعث گرم شدن شدید حوضچه مذاب، افزایش عرض جوش و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) و منجر به پاشش بیشتر میشود که ممکن است لنز جوشکاری را آلوده کند. با توان بالا، لایه سطحی میتواند در عرض چند میکروثانیه تا نقطه جوش گرم شود و به طور قابل توجهی تبخیر شود، که آن را برای فرآیندهای حذف مواد مانند سوراخکاری، برش و حکاکی ایدهآل میکند. با توان کمتر، سطح در عرض چند میلیثانیه به نقطه جوش میرسد و لایه زیرین قبل از تبخیر سطحی ذوب میشود و جوشکاری ذوبی خوبی را فراهم میکند.
۲. پهنای پالس لیزر
پهنای پالس لیزر یا «پهنای پالس» یک پارامتر کلیدی در جوشکاری لیزر پالسی است. این پارامتر با عمق نفوذ و HAZ تعیین میشود: پهنای پالسهای طولانیتر HAZ را افزایش میدهند و عمق نفوذ با جذر پهنای پالس افزایش مییابد. با این حال، پهنای پالسهای طولانیتر، توان اوج را کاهش میدهند، بنابراین معمولاً برای جوشکاری هدایت حرارتی و تشکیل جوشهای پهن و کمعمق استفاده میشوند - بهویژه برای اتصالات روی هم صفحات نازک و ضخیم مناسب هستند. با این حال، توان اوج کم باعث ورود گرمای بیش از حد میشود و هر ماده دارای پهنای پالس بهینه برای حداکثر عمق نفوذ است.
۳. انتخاب میزان محوشدگی
موقعیت نقطه فوکوس بسیار مهم استجوشکاری ذوبی لیزریوقتی کانون لیزر بالای سطح قطعه کار باشد، عمق نفوذ کم است و جوشکاری نفوذ عمیق را دشوار میکند. وقتی کانون لیزر زیر سطح باشد، چگالی توان در داخل قطعه کار بیشتر از سطح آن است که باعث ذوب و تبخیر قویتر میشود و امکان انتقال عمیقتر انرژی به داخل قطعه کار و افزایش عمق نفوذ را فراهم میکند. دو حالت عدم تمرکز وجود دارد: عدم تمرکز مثبت (صفحه کانونی بالای قطعه کار) و عدم تمرکز منفی (صفحه کانونی زیر قطعه کار). در عمل، برای صفحات ضخیم که نیاز به عمق نفوذ زیادی دارند، از عدم تمرکز منفی استفاده میشود که کانون لیزر معمولاً ۱ تا ۲ میلیمتر زیر سطح قطعه کار است. برای صفحات نازک، عدم تمرکز مثبت ترجیح داده میشود که کانون ۱ تا ۱.۵ میلیمتر بالای سطح است.
سرعت جوشکاری
با ثابت ماندن سایر پارامترها، با افزایش سرعت جوشکاری، عمق نفوذ کاهش مییابد، در حالی که راندمان بهبود مییابد. سرعتهای بیش از حد بالا، الزامات نفوذ را برآورده نمیکنند؛ سرعتهای بیش از حد پایین باعث ذوب بیش از حد، جوشهای پهن، گرم شدن بیش از حد HAZ و افزایش تمایل به ترک خوردگی داغ میشوند.جوشکاری لیزر پالسیسرعت همچنین توسط حداکثر فرکانس پالس و همپوشانی نقطهای مورد نیاز تعیین میشود - هر نقطه پالس بعدی باید تا حدی همپوشانی داشته باشد. بنابراین، برای یک توان لیزر و ضخامت ماده مشخص، یک محدوده سرعت بهینه وجود دارد که در آن حداکثر عمق نفوذ با سرعتی خاص حاصل میشود.
۵. گاز محافظ
گازهای بیاثر اغلب برای محافظت از حوضچه مذاب در حین جوشکاری لیزری استفاده میشوند. در حالی که برخی از مواد ممکن است نیازی به محافظت در برابر اکسیداسیون سطحی نداشته باشند، اکثر کاربردها نیاز به محافظت دارند. به طور سنتی، Ar، N₂ و He برای جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم برای جلوگیری از اکسیداسیون استفاده میشوند. از نظر تئوری، He سبکترین گاز با بالاترین انرژی یونیزاسیون است، اما در توان کم و سرعت بالا، پلاسما ضعیف است و تفاوت بین گازها را به حداقل میرساند. مطالعات نشان میدهد که در شرایط یکسان، N₂ به دلیل واکنشهای گرمازا با Al، به راحتی باعث تشکیل سوراخ کلید میشود. ترکیبات سهتایی Al-NO حاصل جذب لیزر بالاتری دارند. با این حال، N₂ خالص فازهای Al-N شکننده و منافذی را در جوشها تشکیل میدهد. گازهای بیاثر، سبک هستند و بدون ایجاد منافذ فرار میکنند و گازهای مخلوط را مؤثرتر میکنند. اخیراً، تحقیقات در مورد جوشکاری لیزری Al با استفاده از مخلوطهای Ar-O₂ و N₂-O₂ افزایش یافته است.
۶. جذب مواد
جذب انرژی لیزر توسط ماده به خواصی مانند جذب، بازتاب، رسانایی حرارتی، دمای ذوب و دمای تبخیر بستگی دارد که جذب مهمترین عامل است. عواملی که بر جذب تأثیر میگذارند عبارتند از:
مقاومت الکتریکی: برای سطوح صیقلی، ضریب جذب متناسب با جذر مقاومت است که با دما تغییر میکند.
شرایط سطح: به طور قابل توجهی بر جذب و در نتیجه نتایج جوشکاری تأثیر میگذارد.
نکات و موارد منع استفاده از جوشکاری لیزر فیبر دستی
۱. از تابش قوس الکتریکی جلوگیری کنید
جوشکارهای لیزر فیبر دستیاز لیزرهای فیبری کلاس ۴ که تابش (۱۰۸۰±۳) نانومتر با توان خروجی بیش از ۱۰۰۰ وات (بسته به مدل) ساطع میکنند، استفاده کنید. قرار گرفتن در معرض مستقیم یا غیرمستقیم میتواند به چشم یا پوست آسیب برساند. اگرچه نامرئی است، اما پرتو میتواند آسیب جبرانناپذیری به شبکیه یا قرنیه وارد کند. همیشه هنگام کار با لیزر از عینک ایمنی لیزر دارای گواهینامه استفاده کنید. هرگز هنگام روشن بودن لیزر، حتی با عینک، مستقیماً به سر خروجی آن نگاه نکنید.
۲. تنظیم پارامترهای جوشکاری
قدرت لیزر را روی صفحه لمسی روی حالت کم تنظیم کنید (مطابق شکل 8-2). نازل مسی سر جوشکاری را روی قطعه کار قرار دهید و سوئیچ مشعل را فشار دهید تا لیزر برای جوشکاری ساطع شود. پارامترهای معمول: فرکانس لیزر 5000 هرتز، سرعت گالوانومتر 300-600، تأخیر گاز > 100 میلیثانیه، چرخه کار 100٪ برای انتشار مداوم. عرض جوش را بر اساس فواصل مونتاژ تنظیم کنید. قدرت از 0 تا 1000 وات (0 تا 100٪ حداکثر) قابل تنظیم است. پس از وارد کردن پارامترها، روی "تأیید" کلیک کنید و برای اعمال تنظیمات، ذخیره کنید.
۴. سرعت جوشکاری را بیش از حد افزایش ندهید
جوشها با حرکت منبع لیزر ایجاد میشوند (شکل 8-3 را ببینید). عمق و عرض به سرعت و قدرت بستگی دارند، با سرعتهای معمول 1 تا 3 متر بر دقیقه، سطوح صاف و بدون پوسته با نسبت ابعاد <1 ایجاد میشود. برای جریان و ولتاژ ثابت، تغییر سرعت مستقیماً بر ورودی گرما تأثیر میگذارد و نفوذ و عرض را تغییر میدهد. سرعتهای بیش از حد بالا باعث گرمایش ناکافی میشوند که منجر به کاهش نفوذ، عرض باریک، بریدگی زیرین، منافذ و نفوذ ناقص میشود.
تمیزکاری مکانیکی: از برسهای فولادی ضد زنگ یا چرخهای پنوماتیک برای از بین بردن اکسیدها تا رسیدن به یک پوشش سفید روشن استفاده کنید. بلافاصله پس از پولیش کاری جوشکاری کنید؛ اگر جوشکاری بیش از ۳۶ ساعت به تأخیر افتاد، دوباره پولیش کنید.
تمیز کردن شیمیایی: اکسیدها را با استفاده از واکنشهای شیمیایی حذف کنید (روشها بسته به جنس متفاوت هستند). جدول 8-3 روشهای تمیز کردن شیمیایی برای آلیاژهای آلومینیوم را فهرست میکند. روغن/گرد و غبار را با حلالهای آلی (بنزین، ایزوپروپیل الکل) با خیساندن، پاک کردن و خشک کردن پاک کنید.
۵. به حداقل رساندن تخلخل
منافذ هیدروژنی در جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم رایج هستند. با حذف رطوبت سطحی، روغن و اکسیدها، آنها را کاهش دهید. افزایش زمان خنکسازی حوضچه مذاب (با افزایش پهنای پالس) به خروج گازها کمک میکند، زیرا چرخه حرارتی سریع جوشکاری لیزر، انتشار گاز را محدود میکند. از موقعیتهای فوکوس یا عدم فوکوس منفی، که در آنها واکنشهای شدید حوضچه مذاب و تبخیر آلیاژ باعث افزایش تخلخل میشود، خودداری کنید. از انرژی ملایمتر از طریق عدم فوکوس تنظیمشده برای کاهش تبخیر استفاده کنید.
۶. به حالت نگه داشتن مشعل توجه کنید
مشعلهای لیزری دستی (به شکل 8-4 مراجعه کنید) از مشعلهای TIG سنگینتر هستند و کابلهای ضخیمی دارند که باعث خستگی اپراتور میشود. برای جوشکاری طولانی مدت، مشعل را با هر دو دست نگه دارید، نازل را در تماس با قطعه کار نگه دارید، جوش را از نظر بصری تراز کنید و مشعل را به طور پیوسته به سمت خود بکشید. وضعیت بدن را بر اساس موقعیت جوشکاری تنظیم کنید تا خستگی و تعداد اتصالات به حداقل برسد.
۷. جلوگیری از آسیبهای ناشی از لیزر
عملکرد نادرست میتواند باعث بروز حوادث شود. این قوانین را رعایت کنید:
هرگز در حین کار به سر خروجی لیزر خیره نشوید.
استفاده نکنیدلیزرهای فیبریدر محیطهای کمنور/تاریک.
هرگز وقتی دستگاه فعال است، چراغ قوه را به سمت افراد نگیرید.
از موانع فلزی در فاصله ۳ متری از محل جوشکاری استفاده کنید.
دسترسی به منطقه جوشکاری را فقط به اپراتورها محدود کنید.
از وسایل محافظ (عینک ایمنی، ماسک، دستکش) استفاده کنید. هرگز در حالی که لیزر روشن است، حتی با عینک ایمنی، به سر خروجی آن خیره نشوید.
مشعل و کابل را با احتیاط حمل کنید (حداقل شعاع خمیدگی > 200 میلیمتر).
کلید انتشار لیزر را در مواقع عدم استفاده غیرفعال کنید.
اطمینان از کیفیت نازل برای محافظت مؤثر در برابر گاز:
دیوارههای داخلی صاف، هممرکز با لیزر.
نازلهای تغییر شکل یافته را فوراً تعویض کنید تا حرکت ثابت مشعل حفظ شود.
اندازه دهانه نازل (شکل 8-6 را ببینید) بر کیفیت جوش تأثیر میگذارد: دهانههای بزرگتر جریان گاز را افزایش میدهند، انجماد را تسریع میکنند و خطرات تخلخل/ترک خوردگی را افزایش میدهند.
۸. از سرعتهای بالا برای آلیاژهای حساس به ترک اجتناب کنید
جوشکاری لیزری دستیاز مشعلهای گالوانومتر نوسانی، بدون سیم و خودزا استفاده میکند. سرعتهای بالا باعث کاهش نفوذ، باریک شدن جوش، ایجاد بریدگی زیرین و اختلال در پوشش گاز محافظ میشود و محافظت را بدتر میکند. برای آلیاژهای حساس به ترک از سرعتهای پایینتر استفاده کنید.
۹. تضمین کیفیت اتصال
اختلاف دما و جوشکاری بدون سیم ممکن است باعث سوختگی، ایجاد حفره یا ترکهای دهانهای شود. برای به حداقل رساندن توقفها، به طور مداوم جوشکاری کنید. اگر توقفها اجتنابناپذیر هستند (مثلاً تغییر موقعیت، جوشکاری قطعهای)، قبل از توقف، کمی (10 میلیمتر) سرعت خود را کاهش دهید تا از ایجاد حفره جلوگیری شود. برای همپوشانی و کیفیت، 20 میلیمتر عقبتر از حفره قبلی دوباره شروع کنید.
۱۰. حرکت صحیح مشعل را دنبال کنید
مشعل را بدون نوسان جانبی به سمت خود (از دور تا نزدیک) بکشید. ضمن نظارت بر شکلگیری یکنواخت جوش، سرعت ثابت را حفظ کنید. برای جوشکاری عمودی، از حرکت رو به پایین (نه رو به بالا) استفاده کنید تا از انجماد سریع و حرکت پایدار اطمینان حاصل شود.
۱۱. از بریدگی زیرین، فیلههای کوچک و فرورفتگی در جوشهای روی هم جلوگیری کنید.
برای جوشهای روی هم، زاویه تابش لیزر را طوری تنظیم کنید که گالوانومتر 2/3 صفحه عمودی را بپوشاند (شکل 8-7 را ببینید). این کار صفحه عمودی (به عنوان پرکننده) و 1/3 صفحه پایه را از طریق هدایت حرارتی ذوب میکند و پس از خنک شدن، جوشی با اندازه کافی تشکیل میدهد. جوشهای روی هم ضعیف، استحکام اتصال را تضعیف میکنند، مقاومت در برابر ترک را کاهش میدهند یا باعث شکست ساختاری میشوند - از بریدگی زیرین اجتناب کنید.
۱۲. کاهش بازتاب در جوشکاری آلیاژ آلومینیوم
آلومینیوم ۶۰ تا ۹۸ درصد انرژی لیزر را منعکس میکند. بازتابپذیری در نقطه ذوب به شدت کاهش مییابد و هنگام ذوب شدن تثبیت میشود. با افزایش زاویه تابش، جذب کاهش مییابد؛ حداکثر جذب در زاویه تابش نرمال رخ میدهد (برای محافظت از لنز تنظیم کنید). با حذف اکسیدها از طریق تمیزکاری مکانیکی/شیمیایی، بازتابپذیری را کاهش دهید.
۱۳. استفاده صحیح از گاز محافظ
گاز محافظ بر تشکیل جوش، نفوذ و عرض آن تأثیر میگذارد. اکثر گازها کیفیت را بهبود میبخشند اما ممکن است معایبی نیز داشته باشند:
Ar: انرژی یونیزاسیون پایین، تشکیل پلاسمای بالا (که راندمان لیزر را کاهش میدهد) اما بیاثر، کمهزینه و متراکم است - به طور مؤثر حوضچه مذاب را میپوشاند (ایدهآل برای استفاده عمومی).
N₂: انرژی یونیزاسیون متوسط (پلاسما را بهتر از Ar کاهش میدهد)، اما با فولاد آلومینیوم/کربن واکنش میدهد و نیتریدهای شکننده تشکیل میدهد و چقرمگی را کاهش میدهد (برای این مواد توصیه نمیشود). مناسب برای فولاد ضد زنگ، که در آن نیتریدها استحکام را افزایش میدهند.
۱۴. نرخ جریان گاز محافظ
گاز با فشار خاصی از طریق نازل خارج میشود. طراحی هیدرودینامیکی نازل و قطر خروجی آن بسیار مهم است: به اندازه کافی بزرگ باشد تا جوش را بپوشاند، اما برای جلوگیری از جریان آشفته (که هوا را به داخل میکشد و باعث تخلخل میشود) محدود شود. برای جوشکاری لیزری دستی، سرعت جریان معمول 7 لیتر در دقیقه است. جریان بیش از حد، آلایندهها را به داخل حوضچه مذاب میریزد و خلوص گاز را به خطر میاندازد - سرعت جریان صحیح را انتخاب کنید.
۱۵. موقعیت فوکوس لیزر
موقعیت فوکوس: کوچکترین نقطه، بالاترین انرژی - برای موارد زیر استفاده کنیدجوش نقطهاییا الزامات کمانرژی و حداقل اندازه نقطه (شکل 8-8 را ببینید).
عدم فوکوس منفی: نقطه بزرگتر (با فاصله از فوکوس افزایش مییابد) - مناسب برای جوشکاری پیوسته با نفوذ عمیق و جوشکاری نقطهای عمیق.
عدم تمرکز مثبت: نقطه بزرگتر (با فاصله از فوکوس افزایش مییابد) - مناسب برای آببندی سطح یا جوشکاری پیوسته با نفوذ کم.
کنترل جوشکاری با نفوذ کامل: تغییر رنگ جزئی در پشت، نشان دهنده کیفیت خوب است؛ علائم/نفوذ آشکار باعث پاشش یا شیارهای عمیق در جوشکاری مداوم میشود. فوکوس، انرژی و شکل موج را بر اساس نمونهها تنظیم کنید. برای مواد نازکتر از نقاط کوچکتر استفاده کنید تا از سوختگی کامل جلوگیری شود.
زمان ارسال: ۲۱ آگوست ۲۰۲۵
