أساسيات اللحام بالليزر

يُعد فهم أساسيات اللحام بالليزر أمرًا بالغ الأهمية لإنتاج لحامات قوية ومتماسكة في الفولاذ المقاوم للصدأ. تعتمد هذه العملية على معايير مُحكمة تُحدد عمق الاختراق، وعرض اللحام، وحجم المنطقة المتأثرة بالحرارة. تُوضح المفاهيم التالية كيفية تفاعل الليزر مع الفولاذ المقاوم للصدأ، وكيف تؤثر الإعدادات المختلفة على النتائج.

وضع التوصيل مقابل وضع ثقب المفتاح

وضع التوصيل: تُذيب طاقة الليزر سطح المعدن، وتتدفق الحرارة إلى المادة بشكل رئيسي عن طريق التوصيل الحراري. يُنتج هذا لحامات سطحية وواسعة مع أدنى حد من التبخر - وهو مثالي للمقاطع الرقيقة، والحرارة المنخفضة، واللحامات التجميلية.

وضع ثقب المفتاح: عند كثافات طاقة أعلى، يُبخّر الليزر المعدن عند نقطة تركيز الشعاع، مُكوّنًا تجويفًا صغيرًا (ثقب المفتاح). يخترق الشعاع بعمق، مما يُتيح لحامات ضيقة وعميقة في المقاطع السميكة. يوفر هذا الوضع أقصى اختراق ولكنه يتطلب تحكمًا دقيقًا لتجنب المسامية وعدم الاستقرار.

وضع الموجة المستمرة (CW) مقابل نبضي

موجة مستمرة (CW): تُوفر طاقة ثابتة ومتواصلة. مثالية للدرزات الطويلة والمتواصلة حيث تُعطى الأولوية للسرعة وثبات الاختراق - وهو أمر شائع في خطوط الإنتاج الآلية.

نبضي: يُوفر الطاقة في دفعات مُتحكم بها. مُفيد للأجزاء الحساسة للحرارة، وأعمال التفاصيل الدقيقة، أو اللحام النقطي. يُقلل اللحام النبضي من التشوه والصبغة الحرارية، مما يجعله مناسبًا للتجميعات الدقيقة ومكونات الفولاذ المقاوم للصدأ الرقيقة.

جودة الشعاع، وحجم البقعة، والطاقة لكل وحدة طول

جودة الشعاع: تُنتج جودة الشعاع الأعلى (مقاسة بالمتر المربع) بقعة أصغر وأكثر تركيزًا، مما يُتيح لحامات أدق واختراقًا أعمق بقوة أقل.

حجم البقعة: تزيد البقع الأصغر من كثافة الطاقة، مما يُحسّن الاختراق. أما البقع الأكبر فتنشر الحرارة، مما يُقلل من خطر الاحتراق في المواد الرقيقة.

الطاقة لكل وحدة طول: يُحدد توازن طاقة الليزر وسرعة الحركة إجمالي الطاقة المُدخلة. تُسبب الطاقة الزائدة تشوهات وزيادة في منطقة التأثير الحراري (HAZ)؛ بينما تُؤدي الطاقة القليلة إلى ضعف أو عدم اكتمال الاندماج.

بصريات التذبذب والمسح

لحام التذبذب: يتضمن تذبذب شعاع الليزر في أنماط صغيرة أثناء تحركه على طول خط اللحام. يُحسّن سد الفجوات، ويُقلل من حساسية المحاذاة، ويُمكنه إنتاج حبيبات لحام أوسع وأكثر مرونة.

بصريات المسح: تُستخدم المرايا أو الجلفانومتر لتحريك شعاع الليزر بسرعة عالية فوق قطعة العمل. تُتيح هذه البصريات تغييرات سريعة في الأنماط، ونقاط لحام متعددة، والتكامل مع الأتمتة. تُعد هذه البصريات قيّمة بشكل خاص في الإنتاج الضخم والأشكال الهندسية المعقدة.

يعتمد أداء لحام الليزر على كيفية التحكم في تفاعل الشعاع مع المادة. يُناسب وضع التوصيل اللحامات الدقيقة والسطحية، بينما يُتيح وضع ثقب المفتاح اختراقًا عميقًا. يوفر اللحام المستمر السرعة والاتساق، بينما يُتحكم الوضع النبضي في الحرارة في الأجزاء الدقيقة. تُحدد جودة الشعاع وحجم النقطة كثافة الطاقة، وتُعدّ مطابقة الطاقة لكل وحدة طول مع المفصل أمرًا بالغ الأهمية لضمان المتانة دون تشويه. تُوسّع التقنيات المتقدمة مثل لحام التذبذب وبصريات المسح المرونة، مما يجعل لحام الليزر أداة متعددة الاستخدامات لتصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ في مختلف الصناعات.

قواعد تصميم الوصلات وتركيبها

في اللحام بالليزر، يؤثر تصميم الوصلات ودقة تركيبها بشكل مباشر على جودة اللحام، ونفاذيتها، ومظهرها. بخلاف بعض عمليات اللحام القوسي، يُوفر اللحام بالليزر قدرة تحمل أقل للفجوات الكبيرة أو عدم المحاذاة نظرًا لضيق شعاعه وحوضه المصهور الصغير. يُعد اختيار نوع الوصلة المناسب، وتجهيز الحواف بشكل صحيح، وضمان التجهيز الدقيق، أمورًا أساسية للحصول على لحامات فولاذ مقاوم للصدأ قوية وخالية من العيوب.

الوصلات التناكبية

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

اعتبارات اللحام بالليزر: يعمل بشكل أفضل مع وجود فجوة ضئيلة أو معدومة (<0.1 مم للمقاطع الرقيقة). يتطلب تحضيرًا دقيقًا للحافة لتجنب عدم اكتمال الالتحام. يُستخدم وضع ثقب المفتاح غالبًا للمقاطع السميكة.

التطبيقات: ألواح الصفائح المعدنية، وأوعية الضغط، والأنابيب.

الوصلات المتداخلة

الوصف: تتداخل قطعة مع أخرى، ويخترق الليزر الطبقة العليا إلى الطبقة السفلى.

اعتبارات اللحام بالليزر: فعال لوصل السماكات المختلفة. يجب أن يكون التداخل متناسقًا، وأن تكون الأسطح نظيفة لمنع تراكم الملوثات. يمكن أن يُحسّن عدم التركيز الطفيف من ثبات الاختراق.

التطبيقات: ألواح هياكل السيارات، والهياكل، والتركيبات الهيكلية الرقيقة.

وصلات الحشو

الوصف: قطع متصلة بزاوية، عادةً 90 درجة، مع ترسيب معدن اللحام في الزاوية.

اعتبارات اللحام بالليزر: مثالي للأتمتة ولكنه يتطلب محاذاة دقيقة للمفاصل. يُمكن أن يُحسّن تدوير الحواف من وصول الشعاع في الزوايا الضيقة. يُمكن أن يُساعد اللحام المتذبذب على ملء المفصل بالتساوي.

التطبيقات: الإطارات، والأقواس، والهياكل الصندوقية.

الحواف والزوايا

الوصف: يشمل وصلات الزوايا ولحامات الحواف، حيث يدمج الشعاع المادة عند الحدود.

اعتبارات اللحام بالليزر: حساس بشكل خاص لأخطاء المحاذاة. يُقلل انخفاض الحرارة من التشوه، ولكن يلزم تثبيت دقيق للحفاظ على سلامة الشكل الهندسي. يُستخدم غالبًا في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ الزخرفية نظرًا لوجود طبقات نظيفة وواضحة.

الحواف المشطوفة والتجهيزات