كيف تعمل آلة اللحام بالليزر؟

لحام الليزر هو تقنية متطورة تستخدم على نطاق واسع في الصناعات الحديثة للانضمام إلى مكونات المعادن بدقة شديدة. مع تحول الصناعات نحو الأتمتة والتصنيع عالي الدقة ، أصبحت آلات اللحام بالليزر أدوات لا غنى عنها ، مما يوفر سرعة عالية ، وتشويه حراري منخفض ، وجودة فائقة.

في جوهره ، يعد اللحام بالليزر تقنية تستخدم شعاعًا مركّزًا من الضوء لإذابة مواد ودمجها. على عكس طرق اللحام التقليدية ، والتي تنطوي غالبًا على الاتصال والقوة الميكانيكية العالية ، فإن اللحام بالليزر هو عملية غير متتالية ومسيطر عليها للغاية. ينتج عن هذا اللحامات الأكثر نظافة وأكثر دقة وأسرع ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات في السيارات والفضاء والإلكترونيات والأجهزة الطبية والمزيد.

مبدأ العمل لآلة لحام الليزر

تعمل آلة اللحام بالليزر على مبدأ استخدام عوارض ليزر مركزة وعالية الطاقة لذوبان المواد في مفصلها. هذه العملية سريعة ودقيقة وتولد الحد الأدنى من المناطق المتأثرة بالحرارة ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب لحامات نظيفة ودقيقة. لفهم كيفية عمل هذه التكنولوجيا ، دعنا نقوم بتفكيك المراحل الأساسية التي تنطوي عليها العملية - بدء تشغيل الليزر إلى التكوين النهائي للحام.

توليد الليزر ونقله

في قلب كل آلة لحام الليزر هو مصدر ليزر. يتمثل دور مصدر الليزر في توليد شعاع من الضوء المتماسك الذي يركز بشكل كبير وموجه إلى قطعة العمل المستهدفة. يتم استخدام عدة أنواع من مصادر الليزر اعتمادًا على التطبيق ونوع المواد وطاقة الإخراج المطلوبة.

1. ليزر الألياف

تعتبر أشعة الليزر الألياف الأكثر استخدامًا في آلات اللحام بالليزر الحديثة ، وخاصة في التطبيقات الصناعية عالية الدقة والتطبيقات الصناعية عالية السرعة. تولد هذه الليزر الشعاع من خلال الألياف البصرية المخدرة بعناصر نادرة مثل earth مثل ytterbium. ثم ينتقل شعاع الليزر عبر الألياف مع الحد الأدنى من فقدان الطاقة ، مما يؤدي إلى:

• جودة شعاع عالية

• قابلية التركيز الممتازة

• كفاءة الطاقة

• صيانة منخفضة

بسبب موثوقيتها وقابلية التوسع ، تعد ليزر الألياف مثالية لأنظمة اللحام الآلية والآلية.

2. ليزر CO₂

تولد الليزر CO₂ ضوء الليزر بالأشعة تحت الحمراء باستخدام مزيج من الغازات (عادة ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهيليوم). هذه الليزر فعالة في قطع ولحام مواد غير معدنية مثل المواد البلاستيكية والخشب والسيراميك. ومع ذلك ، في سياق اللحام بالليزر ، يتم استخدامها أيضًا للمواد المعدنية الأكثر سمكًا عندما يكون توصيل الشعاع عبر المرايا ممكنًا.

في حين أن الليزر CO₂ تقدم مستويات طاقة عالية ، إلا أن لديها قيودًا في التطبيقات الدقيقة بسبب:

• حجم بقعة شعاع أكبر

• توصيل شعاع معقد باستخدام المرايا

• صيانة أعلى مقارنة مع أشعة الليزر الألياف

3. ND: ليزر YAG

ND: YAG (عقيق Yttrium المصنوع من النيوديميوم) كانت الليزر شعبية تقليدية ل آلات اللحام بالليزر  بسبب قدرتها على العمل في كل من الأوضاع المستمرة والبولية. كما قدموا المرونة في توصيل الشعاع من خلال البصريات الألياف. ومع ذلك ، مع ارتفاع أشعة الليزر الألياف التي توفر كفاءة كهربائية أفضل وتكاليف التشغيل المنخفضة ، تم التخلص التدريجي من ليزر YAG إلى حد كبير لصالح التقنيات الأكثر تقدماً.

انتقال الشعاع والتركيز

بعد الجيل ، يجب نقل شعاع الليزر إلى موقع اللحام. يتم ذلك عادة من خلال:

• كابلات الألياف البصرية في ليزر الألياف

• المرايا والعدسات في أنظمة ليزر CO₂

ثم يتم تركيز الحزمة باستخدام العدسات الدقيقة على مساحة صغيرة من الشغل. تخلق هذه الطاقة المركزة تسخينًا محليًا مكثفًا ، وهو ما يكفي لإذابة المواد الأساسية دون التأثير على المناطق المحيطة.

التركيز والتدفئة وذوبان المادة

توفر الحزمة المركزة التي تنتجها آلة لحام الليزر طاقة هائلة في موقع محدد ، مما يتسبب في تسخين المواد بسرعة وتشكيل تجمع منصهر. يسافر هذا المسبح المنصهر على طول المفصل بينما يتحرك الليزر أو يوجه على طول مسار اللحام.

عدة عوامل تحدد مدى اختراق اللحام بشكل عميق وفعال:

قوة الليزر : تؤدي الطاقة العليا إلى تغلغل أعمق وسرعات لحام أسرع.

حجم البقعة البؤرية : يزيد حجم بقعة أصغر من كثافة الطاقة ، مما يتيح ذوبان أفضل.

سرعة اللحام : سرعات أسرع تقلل من مدخلات الحرارة ، مما يؤثر على الاختراق وشكل حبة.

نوع المواد والانعكاس : يعكس المعادن مثل الألومنيوم والنحاس ضوء الليزر وقد تتطلب طاقة أعلى أو أطوال موجية متخصصة.

مع تقدم شعاع الليزر ، يبرد المسبح المنصهر بسرعة ويصلب ، ويشكل التماس لحام عالي القوة. تقلل معدلات التدفئة والتبريد السريعة من التشويه والحفاظ على السلامة الهيكلية للمادة.

خطوات عملية اللحام في آلة لحام الليزر

وظيفة أ يمكن تقدير آلة لحام الليزر  بشكل أفضل عند فحصها كعملية خطوة بخطوة. كل مرحلة-من إعداد المواد إلى التصلب-أمر بالغ الأهمية لتحقيق اللحامات المتسقة عالية الجودة.

1. وضع المواد

وضع المواد الدقيقة أمر بالغ الأهمية في اللحام بالليزر. قبل بدء عملية اللحام ، يجب محاذاة قطع العمل بدقة لضمان تركيز شعاع الليزر على المفصل تمامًا. اعتمادًا على الإعداد ، يمكن القيام بذلك باستخدام:

• المباريات عالية الدقة

• الجداول التي تسيطر عليها CNC

• الأسلحة الآلية

• الأنظمة الموجهة للرؤية

في البيئات الآلية ، تكتشف كاميرات رؤية الماكينة الانحرافات وتصحيحها في الوقت الفعلي ، مما يضمن المحاذاة المناسبة حتى للهندسة المعقدة أو المتغيرة.

2. تشعيع شعاع الليزر والسيطرة عليه

بمجرد وضع المواد بشكل صحيح ، تقوم آلة اللحام بالليزر بتنشيط الليزر. يوجه نظام التحكم في الجهاز الشعاع إلى المفصل باستخدام المرايا أو الألياف البصريات. تتضمن هذه المرحلة التحكم في الوقت الفعلي على المعلمات الحرجة ، مثل:

• ناتج طاقة الليزر : يملي مقدار الطاقة التي يتم تسليمها.

• تردد النبض (في الوضع النبضي) : عدد رشقات الطاقة في الثانية.

• سرعة السفر : السرعة التي يتحرك فيها الليزر عبر المفصل.

• تعديل الطول البؤري : يحافظ على الشعاع في التركيز على سطح اللحام.

تتميز آلات اللحام بالليزر المتقدمة أنظمة ردود فعل حلقة مغلقة تعدل هذه المتغيرات أثناء التنقل لضمان اللحام المستقر ، حتى لو تغيرت المادة أو البيئة.

3. الذوبان والتبريد وتكوين اللحام

عندما يتصل شعاع الليزر بالمفصل ، فإنه يولد حرارة كافية لإذابة المعدن ، وتشكيل تجمع لحام منصهر. يتم التحكم في عمق وعرض اللحام بواسطة معلمات الليزر وخصائص المواد.

مع تقدم الليزر:

• تبرد الحافة الزائدة من المسبح المنصهر ويصلب.

• يشكل التماس اللحام الصلب الذي يدمج المادتين بشكل دائم.

• يمكن أن تحدث هذه العملية في الوضع المستمر أو الفواصل الزمنية النبضية ، اعتمادًا على تقنية اللحام والتطبيق.

عادة ما تكون معدلات التبريد في اللحام بالليزر سريعًا جدًا ، مما يساهم في:

• بنية مجهرية غرامة

• الحد الأدنى من المناطق المتأثرة بالحرارة (HAZ)

• القوة الميكانيكية المحسنة

أنواع تقنيات اللحام بالليزر

يمكن أن تعمل آلات اللحام بالليزر في عدة أوضاع ، كل منها مناسبة للتطبيقات المختلفة.

1. اللحام الموجة المستمرة (CW)

في هذا الوضع ، ينبعث الليزر شعاعًا ثابتًا من الضوء ، مما يجعله مثاليًا للحامات الطويلة دون انقطاع. غالبًا ما يتم استخدامه في خطوط الإنتاج عالية السرعة ، وخاصة في تصنيع السيارات. يتطلب اللحام CW عادة طاقة عالية ، من 1000W إلى 6000W.

2. لحام الليزر النبضي

هذه الطريقة تنبعث من طاقة الليزر في نبضات قصيرة عالية الكثافة. من الأفضل لحام مواد رقيقة أو مكونات صغيرة حساسة للحرارة. يستخدم اللحام النبضي بشكل شائع في:

• الإلكترونيات

• مجوهرات

• الأجهزة الطبية

مستويات الطاقة هنا أقل بكثير ، وعادة ما بين 50 واط و 500 واط.

3. لحام ثقب المفتاح مقابل اللحام التوصيل

• لحام ثقب المفتاح (الاختراق العميق) : تبخر الطاقة العالية للليزر المادة ، مما يخلق ثقبًا ضيقًا وعميقًا يُعرف باسم ثقب المفتاح. إنه مثالي للمواد السميكة والتطبيقات الهيكلية.

• لحام التوصيل (الانصهار السطحي) : يسخن الليزر فقط السطح ، مما تسبب في ذوبان ضحل. إنه مناسب للمعادن الرقيقة والتطبيقات الدقيقة حيث يكون الحد الأدنى من تشويه الحرارة أمرًا بالغ الأهمية.

الدقة والسيطرة

ما يميز اللحام بالليزر ليس فقط سرعته أو حرارته - إنه الدقة والتحكم التي يقدمها.

قوة الليزر ، وتيرة النبض ، والتكيف المحوري

• قوة الليزر : يحدد مقدار الطاقة التي يتم تسليمها إلى قطعة العمل. يتيح المزيد من الطاقة لحامات أعمق أو تشغيل أسرع ، ولكن يمكن أن يحرق الكثير أو تشويه المادة.

• تردد النبض : في اللحام النبضي ، يحدد هذا عدد رشقات الطاقة التي يتم تسليمها في الثانية. الترددات الأعلى تؤدي إلى لحام أكثر سلاسة وأكثر اتساقًا.

• تعديل التركيز : يجب محاذاة النقطة البؤرية بالضبط على سطح اللحام. يمكن أن يؤدي التركيز الخاطف إلى سوء الانصهار أو المفاصل الضعيفة.

أنظمة التحكم والرؤية التلقائية

تم تجهيز آلات اللحام بالليزر الحديثة مع مراقبة في الوقت الفعلي وحلقات التغذية المرتدة التلقائية وأنظمة رؤية الماكينة. تضمن هذه التقنيات:

• وضع دقيق

• جودة لحام متسقة

• اكتشاف وتصحيح العيوب

• انخفاض خطأ الإنسان

في الإعدادات المتقدمة ، يتم استخدام AI والتعلم الآلي لتحسين معلمات اللحام تلقائيًا ، مما يزيد من تحسين الجودة والكفاءة.

خاتمة

لحام الليزر هو أعجوبة للهندسة الحديثة - Combing عالية الطاقة ، والتحكم الدقيق ، والأتمتة الذكية. من إنشاء شعاع الليزر إلى تشكيل اللحامات النظيفة والمتينة ، تم تصميم العملية للسرعة والدقة والقوة. سواء تم استخدامها في الإلكترونيات أو السيارات أو التصنيع الراقية ، فإن براعة ودقة تجعلها حلاً أساسيًا.

إذا كنت تتطلع إلى استكشاف تقنية اللحام بالليزر أو الاستثمار في آلة لحام الليزر الموثوقة ، فإننا نوصي بالتواصل مع شركة Guangdong Pudian Automation Technology Co. ، Ltd. كشركة مصنعة موثوق بها متخصصة في حلول اللحام المتقدمة ، يقدم بوديان إرشادات الخبراء ومعدات عالية الأداء مصممة لتلبية احتياجاتك. قم بزيارة موقع الويب الخاص بهم أو اتصل بفريقهم اليوم لمعرفة المزيد.