تطبيق اللحام بالليزر على الفولاذ المقاوم للصدأ 2

تطبيق اللحام بالليزر على الفولاذ المقاوم للصدأ

أساسيات اللحام بالليزر

تعد معرفة أساسيات اللحام بالليزر ضرورية لإنتاج لحامات قوية ومتقنة في الفولاذ المقاوم للصدأ. يعتمد هذا العملية على معايير محكومة بدقة تحدد عمق الاختراق وعرض اللحام وحجم المنطقة المتأثرة بالحرارة. تحدد المفاهيم التالية كيفية تفاعل الليزر مع الفولاذ المقاوم للصدأ، وكيف تؤثر الإعدادات المختلفة على النتائج.

نظام التوصيل مقابل نظام الحفر (Conduction VS. Keyhole Mode)

نظام التوصيل: تؤدي طاقة الليزر إلى انصهار سطح المعدن، ويتم انتقال الحرارة داخل المادة بشكل أساسي عبر التوصيل الحراري. ويؤدي ذلك إلى لحامات واسعة وسطحية مع تبخر ضئيل، وهو مناسب للأقسام الرقيقة وإدخال حرارة منخفضة واللحامات التجميلية.

نظام الحفر (Keyhole Mode): عند كثافة طاقة أعلى، يتبخر الليزر المعدن عند نقطة تركيز الحزمة، مُشكلاً تجويفًا صغيرًا (حفرة المفتاح). تتخلل الحزمة بعمق، مما يسمح بإجراء لحامات ضيقة وعميقة في الأقسام السميكة. يوفر هذا النظام أقصى درجات الاختراق، لكنه يتطلب تحكمًا دقيقًا لتجنب المسامية وعدم الاستقرار.

الموجة المستمرة (CW) مقابل النبضات

الموجة المستمرة (CW): توفر طاقة مستمرة وغير منقطعة. مثالية للخيوط الطويلة المستمرة حيث تكون السرعة والاختراق المنتظم من الأولويات - تُستخدم بشكل شائع في خطوط الإنتاج الآلية.

النبضات: توفر الطاقة على شكل نبضات مدروسة. مفيدة للأجزاء الحساسة للحرارة، أو الأعمال الدقيقة التفصيلية، أو اللحام النقطي. يقلل اللحام النبضي من التشويه ولون الحرارة، مما يجعله مناسبًا للمجموعات الدقيقة والمكونات الرقيقة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

جودة الشعاع، حجم البقعة، والطاقة لكل وحدة طول

جودة الشعاع: تنتج جودة شعاع أعلى (تقاس بـ M²) بقعة أصغر وأكثر تركيزًا، مما يمكّن من لحامات أدق واختراق أعمق بقوة أقل.

حجم البقعة: تزيد البقع الأصغر من كثافة الطاقة، مما يحسّن الاختراق. توزّع البقع الأكبر الحرارة، وتقلل خطر الاحتراق من خلال المواد الرقيقة.

الطاقة لكل وحدة طول: يحدد توازن قوة الليزر وسرعة الحركة إجمالي إدخال الطاقة. تؤدي كثرة الطاقة إلى التشويه وزيادة منطقة التأثير الحراري (HAZ)، بينما تؤدي القلة إلى اندماج ضعيف أو غير كامل.

الاهتزاز والعدسات المُسَحِّية

اللحام الاهتزازي (Wobble Welding): يشمل تذبذب شعاع الليزر بانماط صغيرة أثناء الحركة على طول المفصل. يحسن تغطية الفجوة ويقلل من الحساسية للمحاذاة، ويمكنه إنتاج خيوط لحام أوسع وأكثر تحملاً.

العدسات المسحية: تستخدم مرايا أو مقاييس جلفانومترية لتحريك شعاع الليزر بسرعة عالية على قطعة العمل. تسمح بتغيير سريع للانماط، وعمل عدة نقاط لحام، والتكامل مع الأتمتة. وهي ذات قيمة خاصة في الإنتاج الضخم والهندسات المعقدة.

تعتمد أداء عملية اللحام بالليزر على كيفية التحكم في تفاعل الحزمة مع المادة. يناسب اللحام من نوع التوصيل القطع الرقيقة والضحلة، في حين يسمح اللحام من نوع الحفرة المفتاحية بالاختراق العميق. توفر الحزمة المستمرة (CW) السرعة والاتساق، بينما تتحكم الحزمة المنفصلة (Pulsed) في الحرارة في الأجزاء الدقيقة. وتعتمد جودة الحزمة وحجم البقعة على كثافة الطاقة، ويعد مطابقة الطاقة لكل وحدة طول مع المفصل أمراً بالغ الأهمية للحصول على قوة دون تشويه. توسع التقنيات المتقدمة مثل اللحام المتذبذب (Wobble welding) والعدسات الماسحة من المرونة، مما يجعل اللحام بالليزر أداة متعددة الاستخدامات في تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ عبر مختلف الصناعات.

قواعد تصميم المفصل وتطابقه

في اللحام بالليزر، يؤثر تصميم الوصلة ودقة التجميع بشكل مباشر على جودة اللحام ونفاذية وشكله الخارجي. على عكس بعض عمليات اللحام بالقوس الكهربائي، يوفر اللحام بالليزر تسامحًا أقل مع الفجوات الكبيرة أو سوء التصاق بسبب حزمة الليزر الضيقة وبركة المعادن المنصهرة الصغيرة. اختيار نوع الوصلة الصحيح وإعداد الحواف بشكل دقيق والتأكد من تجميع دقيق هي عوامل أساسية للحصول على لحامات قوية وخالية من العيوب في الفولاذ المقاوم للصدأ.

مفاصل الاتصال

الوصف: قطعتان محاذيتان في نفس المستوى، متصلتان على طول حوافهما.

ملاحظات اللحام بالليزر: تعمل بشكل أفضل مع فجوة ضئيلة أو بدون فجوة (<0.1 مم للأقسام الرقيقة). يتطلب إعدادًا دقيقًا للحواف لتجنب انصهار غير كامل. غالبًا ما تُستخدم طريقة الحفر العميق (Keyhole mode) للأقسام السميكة.

التطبيقات: ألواح المعدن المسطحة، أوعية الضغط، الأنابيب.

الوصلات التداخلية (Lap Joints)

الوصف: تغطي قطعة أخرى، ويقوم الليزر بخرق الطبقة العلوية إلى الطبقة السفلى.

نقاط التماسك في اللحام بالليزر: يُعتبر فعالاً في وصل المواد ذات السمك المختلف. يجب أن يكون التداخل متسقًا، ويجب أن تكون الأسطح نظيفة لتجنب احتجاز الملوثات. يمكن أن يساعد إحداث تفكيك بسيط في تحسين اتساق الاختراق.

التطبيقات: ألواح هيكل السيارة، والصناديق، والهياكل الخفيفة.

الوصلات المثلثية (Fillet Joints)

الوصف: يتم وصل القطع بزاوية، عادةً ما تكون 90°، ويتم وضع المعدن الملحوم في الزاوية.

نقاط التماسك في اللحام بالليزر: مناسب للتطبيقات الآلية ولكن يتطلب دقة في محاذاة الوصلات. يمكن أن يساعد تدوير الحواف في تحسين وصول الشعاع إلى الزوايا الضيقة. يمكن أن يساعد اللحام المتذبذب في ملء الوصلة بشكل موحد.

التطبيقات: الإطارات، الدعامات، والهياكل الصندوقية.

الحواف والزوايا

الوصف: تشمل الوصلات الزاوية واللحام على الحواف، حيث يلتحم الشعاع مع المادة على الحدود.

ملاحظات اللحام بالليزر: يُعَدّ هذا النوع حساسًا بشكل خاص للأخطاء في التحالف. يقلل الإدخال المنخفض للحرارة من التشويه، ولكن يلزم تثبيت دقيق للحفاظ على هندسة القطعة. غالبًا ما يُستخدم في أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ الزخرفية نظرًا لخيوط اللحام النظيفة والمرئية.

ال chamfers والتجهيزات

الوصف: حواف مائلة أو محضرة تسمح بحدوث اختراق أعمق أو استيعاب مادة حشو.

ملاحظات اللحام بالليزر: شائع في المقاطع السميكة من الفولاذ المقاوم للصدأ حيث يُطلَب اختراق بعبور واحد. يجب أن يكون زاوية التشامفر ووجه الجذر متسقة؛ يمكن أن يؤدي الميل المفرط إلى تقليل كفاءة الوصلة.

اللحام المؤقت ( tack welding )

الوصف: لحامات صغيرة مؤقتة تحافظ على اصطفاف القطع قبل اللحام النهائي.

ملاحظات اللحام بالليزر: يمنع حركة القطعة أثناء اللحام ويقلل من تفاوت الفجوة. لحام الليزر المؤقت سريع، قليل التشويه، وسهل الأتمتة. يجب أن تتناسب المسافة بين اللحامات المؤقتة مع سمك المادة وصلابة الوصلة.

تتطلب عملية اللحام بالليزر تركيبًا دقيقًا وإعدادًا متسقًا للمفاصل، لأن هذه العملية تُنتج بركة معدن مُصهور صغيرة ولها تحمل ضعيف للفرج أو سوء التصاق. يجب أن تكون حواف المفاصل النهائية على اتصال شبه مثالي، ويجب أن تكون أسطح التداخل في المفاصل المُتداخلة نظيفة، كما تستفيد المفاصل الزاوية من الوصول الدقيق إلى الزوايا. يجب أن تكون الحواف والزوايا وال chamfers متسقة للوصول إلى اختراق كامل، ويضمن اللحام المؤقت بقاء الأجزاء في وضعية صحيحة أثناء اللحام عالي السرعة. وباتباع قواعد تصميم المفاصل وتركيبها هذه، ستكون لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ قوية ودقيقة ومظهرها نظيف.