تکنیک جوشکاری لیزری

مقدمه

تکنیک جوشکاری لیزری فرآیندی است که برای اتصال فلزات یا ترموپلاستیک ها با استفاده از پرتو لیزر برای تشکیل جوش استفاده می شود. به عنوان منبع گرمای متمرکز، در مواد نازک، جوش لیزری می‌تواند با سرعت جوشکاری بالا انجام شود. این تکنیک در مواد ضخیم‌تر می‌تواند جوش‌های باریک و عمیق بین قطعات لبه‌های مربعی(square-edged) ایجاد کند.

انواع تکنیک های جوش لیزری

تکنیک جوشکاری لیزری در دو حالت پایه مختلف عمل می کند: جوشکاری با هدایت محدود(conduction limited) و جوشکاری نفوذی(keyhole). حالتی که در آن پرتو لیزر با موادی که در حال جوشکاری است برهمکنش خواهد کرد، به چگالی توان در سراسر پرتو برخورد با قطعه کاری بستگی دارد.

جوشکاری با هدایت محدود زمانی اتفاق می‌افتد که چگالی توان معمولاً کمتر از 105W/cm2 باشد. پرتو لیزر فقط در سطح ماده جذب می شود و به آن نفوذ نمی کند. جوش های با هدایت محدود اغلب نسبت عرض به عمق بالایی را نشان می دهند.

جوشکاری لیزر معمولاً با استفاده از چگالی توان بالاتر و توسط مکانیزم نفوذ انجام می شود. هنگامی که پرتو لیزر به قدر کافی به یک نقطه کوچک متمرکز می شود تا چگالی توانی بزرگتر از 106-107 W/cm2 ایجاد کند، مواد موجود در مسیر پرتو، قبل از اینکه بتوان مقادیر قابل توجهی از گرما را با رسانایی حذف کرد، نه تنها ذوب، بلکه تبخیر می شوند. پرتو متمرکز لیزر سپس به قطعه کاری نفوذ کرده و حفره ای به نام “سوراخ کلیدی” را تشکیل می دهد. این سوراخ کلیدی با بخار فلز پر شده است (که در برخی موارد حتی می تواند یونیزه شده و پلاسما را تشکیل دهد).

این بخار یا پلاسمای در حال انبساط به جلوگیری از فروریختن دیواره های مذاب سوراخ کلیدی در این حفره کمک می کند.

علاوه بر این، اتصال پرتو لیزر به قطعه کار به طور چشمگیری با تشکیل این سوراخ کلیدی بهبود می یابد. سپس جوشکاری با نفوذ عمیق با عبور از سوراخ کلیدی در امتداد اتصالی که قرار است جوش داده شود یا حرکت اتصال نسبت به پرتو لیزر حاصل می شود. در نتیجه منجر به جوش هایی با نسبت عمق به عرض زیاد می شود.

تحت عمل کشش سطحی، مقداری از مواد مذاب در لبه اصلی سوراخ کلیدی در اطراف حفره سوراخ کلیدی به سمت پشت جریان می یابد، سپس سرد و جامد می شود تا جوش را تشکیل دهد. این باعث می شود که درپوش جوش دارای یک الگوی شورون(chevron pattern) و درجهت عقب به سمت نقطه شروع جوش باشد.