جوش نقطه ایاستفاده از لیزر امکان پذیر است و چندین مزیت بالقوه را نسبت به جوشکاری نقطه ای معمولی با جریان الکتریکی ارائه می دهد. اما این سوال باقی میماند - آیا تکنیکهای مبتنی بر لیزر واقعاً میتوانند با تولید پرسرعت و حجم بالا روشهای جوشکاری نقطهای سنتی که برای بدنه خودروها، زبانههای باتری و دیگر مجموعههای فلزی بزرگ استفاده میشوند، مطابقت داشته باشند یا از آنها فراتر رود؟ بیایید فناوری، مزایا و محدودیتهای جوشکاری نقطهای لیزری را بررسی کنیم.
جوشکاری نقطه ای لیزری چگونه کار می کند
مانند جوشکاری نقطه ای مقاومتی استاندارد، جوش نقطه ای لیزری شدت گرما را روی یک ناحیه کوچک دقیق متمرکز می کند تا ورق های فلزی را تنها در کسری از ثانیه به هم جوش دهد. اما به جای استفاده از جریان الکتریکی از طریق نوک الکترود، لیزرها مقادیر بالایی از انرژی نوری را برای ذوب شدن سریع و اتصال فلزات متمرکز میکنند.[1]
اندازه نقطه کمتر از 2 میلی متر امکان انتقال دقیق انرژی با چگالی بالا را به ورق های فولادی لایه ای فراهم می کند. این یک قطعه جوش ایجاد می کند که لایه های فلزی در مقطع پرتو لیزر را در عرض میلی ثانیه به هم می آمیزد.[2]
با توجه به کنترل دقیق و پردازش سریع، لیزر می تواند انرژی کافی برای ایجاد جوش های نقطه ای تا عمق 2 میلی متر در فولادهای کربنی را در کمتر از 10 ثانیه تنها با استفاده از یک لیزر فیبر 2 کیلوواتی ذخیره کند.[3] این ترکیب سرعت، چگالی و عمق، لیزر را به گزینه ای واقعی برای جوشکاری نقطه ای قطعات با حجم بالا تبدیل می کند.
مزایا نسبت به جوشکاری نقطه ای با مقاومت استاندارد
جوشکاری نقطه ای لیزری دارای چندین مزیت است که ناشی از نوری بودن به جای فرآیند الکتریکی است:
- بدون نیاز به الکترود
لیزرها الکترودهای پرهزینه و مستعد سایش را از بین می برند و در عین حال پردازش غیر تماسی را امکان پذیر می کنند. این همچنین باعث کاهش اصطکاک و نشانه گذاری فرورفتگی الکترود روی قطعات تمام شده می شود.[4]
- پیوندهای با استحکام بالاتر
لیزر جوشهایی را تا 30 درصد استحکام کششی بالاتری تولید میکند که مشکلات ریز ترک یا تخلخل کمتری را در جوشکاری نقطهای مقاومتی مشاهده میکند.[5]
- با مواد جدید کار می کند
لیزرها با موفقیت می توانند فلزات عجیب و غریب مانند منیزیم یا آلومینیوم را که رسانایی الکتریکی و قوام مواد را برای جوشکاری نقطه ای استاندارد ایجاد می کنند، شناسایی کنند.[6]
- بهبود کنترل فرآیند/تشخیص
لیزرها نظارت، کنترل و تایید کیفیت عالی را ارائه می دهند. پارامترهایی مانند زاویه پرتو، مدت زمان پالس یا نقطه فوکوس به طور دقیق جوش را تنظیم می کنند.[7] و روش هایی مانند ترموگرافی مادون قرمز جریان گرما را در زمان واقعی بهتر تجسم می کنند.[8]
بنابراین لیزرها چه در افزایش یا جایگزینی عملیات جوشکاری نقطه ای استاندارد در دراز مدت مزایای مشخصی را ارائه می دهند. اما تحقق این مزایا به رفع برخی محدودیت های باقی مانده بستگی دارد.
محدودیت های باقیمانده با لیزر نقطه جوش
در حالی که فناوری جوش نقطه ای لیزری نویدبخش است، هنوز با موانعی روبرو است:
- هزینه
هزینه تجهیزات بالاتر لیزرها می تواند از اتخاذ تغییرات در خطوط تولید فعال جلوگیری کند. ROI کوتاه مدت همچنان چالش برانگیز است.[9]
- سرعت
جوشکاری نقطه ای استاندارد به توان عملیاتی بسیار بالایی دست می یابد که تاکنون با روش های لیزری مشابه نیست. لیزرها در حال حاضر تقریباً 20 درصد کمتر عمل می کنند - اگرچه بهبود ثابت ادامه دارد.[10]
- عدم تعادل تشخیصی
در حالی که نظارت لیزری به خودی خود برتر است، چندین دهه اندازه گیری جوش نقطه ای مقاومتی برای کنترل کیفیت به خوبی تثبیت شده است. استانداردها، مشخصات و روشهای آزمایش معادل در مراحل اولیه توسعه روشهای لیزر باقی میمانند.[9]
بنابراین تشخیص پیشرفته باید در کنار بهبود در سرعت و شکل دهی پرتو گسترش یابد تا فرآیندهای استاندارد در مقیاس بهتر تکرار شود. اما پتانسیل فنی بلندمدت همچنان به نفع لیزر برای دستیابی به نرخ سیکل همتراز یا سریعتر است.
چشم انداز جوش نقطه ای لیزری
با مزایای کلیدی در کیفیت جوش، انعطافپذیری و تشخیص، استفاده از جوش نقطهای لیزری گسترش مییابد - به ویژه در جایی که تقاضای مواد جدید باعث تغییر میشود. یک تحلیل نشان میدهد که بخش خودرو باعث رشد بیش از 50 درصدی فروش تجهیزات جوش لیزری از سال 2020 تا 2025 میشود، زیرا استفاده از فلز سبکتر افزایش مییابد.[11]
و تولید باتری نیز برای جوشکاری نقطه ای لیزری زبانه ها و فویل های مسی در جایی که مشکلات تماس الکتریکی ایجاد می شود، روند صعودی زیادی ایجاد می کند. بنابراین، در حالی که محدودیتهای مربوط به یکپارچهسازی تولید قدیمی باقی مانده است، شتاب فنی جوشکاری نقطهای لیزری از نفوذ طولانیمدت با حجم بالا برای افزایش کیفیت و بهرهوری بالا پشتیبانی میکند.
شرکت فناوری لیزر Xi'an Guosheng یک شرکت با فناوری پیشرفته متخصص در تحقیق و توسعه، ساخت و فروش دستگاه روکش لیزری اتوماتیک، دستگاه روکش لیزری پرسرعت، دستگاه خاموش کننده لیزر، دستگاه جوش لیزری و تجهیزات چاپ سه بعدی لیزری است. محصولات ما مقرون به صرفه هستند و در داخل و خارج از کشور به فروش می رسند. اگر به محصولات ما علاقه مند هستید، لطفا با ما تماس بگیریدbob@gshenglaser.com.
منابع:
[1] آماده، JF کاربردهای صنعتی لیزرها. مطبوعات دانشگاهی. 25 آوریل 2003. ص. 468
[2] یون JC. پردازش لیزری مواد مهندسی: اصول، رویه و کاربرد صنعتی باترورث-هاینمن. 1 ژانویه 2005. p 34-35
[3] Quintino L، Costa A، Miranda R، و همکاران. جوشکاری با لیزرهای فیبر توان بالا - یک مطالعه مقدماتی. Mater Des. 2007؛ 28 (4): 1231-1237.
[4] Casalino G. مطالعه کنترل بازخورد جوشکاری لیزری با ترموگرافی مادون قرمز کمی: زمان برهمکنش و روش مرتبه صفر برای کنترل نفوذ جوش. مدل سازی تحلیلی تابش مادون قرمز ساطع شده از حوضچه جوش لیزری Frattura ed Integrità Strutturale. 2016؛ 36: 69-77.
[5] نورمن پی، کارلسون ال، کاپلان AFH. عملکرد خستگی و حالت شکست جوش های نقطه ای لیزری. تجزیه و تحلیل شکست مهندسی 28 مارس 2013: 345-57.
[6] Chen G، Liu L، Dunne D، و همکاران. جوشکاری لیزری ورق آلیاژ منیزیم AZ31. J Mater Process Technol. 2005 مه 30؛ 166(1):30-6.
[7] Gao C، Hu L، Liu J، Ye X، Chen G. راه برای به دست آوردن یک جوش لیزری غیر مشابه بدون نقص بدون نقص. فناوری اپتیک و لیزر 1 فوریه 2015; 66:{4}}.
[8] هو ال، گائو سی، لیو جی، و همکاران. تشخیص بلادرنگ پلاسمای قطع شده با لیزر برای نظارت دقیق بر کیفیت جوشکاری لیزر. J Mater Process Technol. 1 اکتبر 2015؛ 224:233-40.
[9] نورمن پی، کارلسون ال، کاپلان AF. بررسی: جوشکاری پرتو لیزر مس به آلومینیوم، بررسی. معاملات مواد. 2013 ژوئیه 1; 54 (7): 878-87.
[10] Peng Y، Chen D، Pan Z، و همکاران. ریزساختارها و ارزیابی عملکرد اجزای Al-Cu غیر مشابه تولید شده توسط ذوب لیزری انتخابی فناوری اپتیک و لیزر 1 فوریه 2020؛ 123:105991.
[11] بازار تجهیزات جوشکاری لیزر - رشد، روندها، کووید-19 تأثیر، و پیشبینیها|Mordor Intelligence [اینترنت]. اطلاعات موردور 2021 [نقل شده در 19 ژانویه 2023]. موجود در: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/laser-welding-equipment-market