ما هو اللحام بالليزر

تكنولوجيا اللحام بالليزر هي اندماج تكنولوجيا اللحام يستخدم شعاع الليزر كمصدر للطاقة لضربه على وصلة اللحام لتحقيق الغرض من اللحام. يتكون من مذبذب بصري ووسط موضوع بين المرآتين عند طرفي تجويف المذبذب.

1. المعلومات الأساسية

إثارة الإلكترونات أو الجزيئات لإنتاج أشعة ضوئية مركزة ومتطابقة الطور أثناء تحويلها إلى طاقة. يُشتق اسم الليزر من الحرف الأول من كلمة "تضخيم الضوء بالإشعاع الانبعاثي المُحفَّز".

يتكون من مُذبذب بصري ووسط موضوع بين مرآتين عند طرفي تجويف المُذبذب. عندما يُثار الوسط إلى حالة طاقة عالية، يبدأ بتوليد موجات ضوئية من نفس الطور، وينعكس ذهابًا وإيابًا بين المرآتين عند كلا الطرفين، مُشكلًا تأثير تقاطع خيطي كهروضوئي، مُضخِّمًا موجات الضوء، ومُحصِّلًا طاقة كافية لبدء إصدار ضوء الليزر.

أُنتج أول شعاع ليزر في العالم باستخدام مصباح وامض لإثارة حبيبات الياقوت عام ١٩٦٠. ونظرًا لمحدودية السعة الحرارية للبلورة، لا يُمكنها إنتاج سوى شعاع نبضي قصير جدًا بتردد منخفض جدًا. ورغم أن طاقة ذروة النبضة اللحظية قد تصل إلى ١٠-٦ واط، إلا أن ناتجها لا يزال منخفضًا.

2. ميزات اللحام بالليزر

يُقلل اللحام بالليزر بشكل كبير من مدخلات الحرارة، مما يُنتج منطقة صغيرة جدًا متأثرة بالحرارة مع تغيرات معدنية طفيفة وتشوهات منخفضة للغاية ناتجة عن التوصيل الحراري. كما يُغني عن استخدام الأقطاب الكهربائية، مما يُجنّب تلوث الأقطاب الكهربائية أو تلفها. ولأنه عملية غير تلامسية، يُقلل أيضًا من تآكل المعدات وتشوهها بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن تركيز شعاع الليزر ومحاذاته وتوجيهه بسهولة بواسطة الأجهزة البصرية. تتيح هذه المرونة وضع الشعاع على مسافة مناسبة من قطعة العمل أو توجيهه بين الأدوات والعوائق حيث لا يُمكن استخدام طرق لحام أخرى بسبب ضيق المساحة.

من مزايا اللحام بالليزر إمكانية وضع قطعة العمل في مساحة مغلقة أو محدودة أثناء إجراء عمليات اللحام. يمكن تركيز الشعاع عالي التركيز على مساحة صغيرة جدًا، مما يجعله مثاليًا للحام المكونات الصغيرة أو المتقاربة. كما يتيح لحام مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك أنواع مختلفة من المعادن أو المواد غير المتجانسة التي يصعب لحامها بالطرق التقليدية. تُوسّع هذه الإمكانية بشكل كبير نطاق التطبيقات الصناعية التي تتطلب دقة ومرونة عاليتين.

يتميز اللحام بالليزر بتوافقه العالي مع الأتمتة والتحكم الرقمي. ويمكن دمج عمليات اللحام عالية السرعة بسهولة مع أنظمة الحاسوب أو أنظمة التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، مما يضمن جودة وإنتاجية ثابتتين. عند لحام المواد الرقيقة أو الأسلاك ذات القطر الدقيق، يُجنّب اللحام بالليزر العديد من الصعوبات المرتبطة باللحام القوسي، مثل الحرارة الزائدة أو التشوه. هذه المزايا تجعل اللحام بالليزر خيارًا فعالًا ومتعدد الاستخدامات للمصنّعين الذين يحتاجون إلى وصلات عالية الجودة ودقيقة وموثوقة في مختلف المنتجات وبيئات الإنتاج.

3. مزايا اللحام بالليزر

● يمكن تقليل مدخلات الحرارة إلى الحد الأدنى المطلوب، ونطاق التغيير المعدني للمنطقة المتأثرة بالحرارة صغير، والتشوه الناجم عن التوصيل الحراري هو أيضًا الأقل.

● تم التحقق من معلمات عملية اللحام الخاصة بلحام المرور الفردي بسمك لوحة 32 مم وتأهيلها، مما يمكن أن يقلل الوقت المطلوب للحام اللوحة السميكة وحتى توفير استخدام المعدن الحشو.

● لا حاجة لاستخدام الأقطاب الكهربائية، ولا داعي للقلق بشأن تلوثها أو تلفها. ولأنها لا تعتمد على اللحام بالتلامس، فإن ذلك يُقلل من تآكل المعدات وتشوهها.

● شعاع الليزر سهل التركيز والمحاذاة والتوجيه بواسطة الأجهزة البصرية. يمكن وضعه على مسافة مناسبة من قطعة العمل، ويمكن توجيهه بين الأدوات أو العوائق المحيطة بقطعة العمل. لا يمكن استخدام طرق لحام أخرى نظرًا لمحدودية المساحة المذكورة أعلاه.

●يمكن وضع قطعة العمل في مكان مغلق.

● يمكن تركيز شعاع الليزر على منطقة صغيرة ويمكنه لحام أجزاء صغيرة ومتقاربة.

● هناك مجموعة واسعة من المواد القابلة للحام، ويمكن أيضًا ربط المواد غير المتجانسة المختلفة مع بعضها البعض.

● من السهل أتمتة اللحام عالي السرعة، ويمكن أيضًا التحكم فيه رقميًا أو بالكمبيوتر.

● عند لحام المواد الرقيقة أو الأسلاك ذات القطر الرقيق، لن يكون الأمر سهلاً ومزعجًا كما هو الحال في اللحام القوسي.

● لا يتأثر بالمجال المغناطيسي (لحام القوس ولحام شعاع الإلكترون سهل)، ويمكنه محاذاة اللحام بدقة.

● يمكن لحام نوعين من المعادن بخصائص فيزيائية مختلفة (مثل المقاومات المختلفة)

● لا يتطلب أي فراغ أو حماية من الأشعة السينية.

● إذا تم استخدام اللحام المثقب، يمكن أن تصل نسبة عمق إلى عرض حبة اللحام إلى 10:1

● يمكن تحويل الجهاز لنقل شعاع الليزر إلى محطات عمل متعددة.

4. الميزة والعيوب

● يجب أن يكون موضع اللحام دقيقًا للغاية ويجب أن يكون ضمن نطاق تركيز شعاع الليزر.

● عندما يحتاج اللحام إلى استخدام قالب، يجب التأكد من أن الموضع النهائي للحام يتماشى مع نقاط اللحام المتأثرة بشعاع الليزر.

● الحد الأقصى لسمك اللحام محدود، وسمك اختراق قطعة العمل يتجاوز 19 مم بكثير. اللحام بالليزر غير مناسب لخطوط الإنتاج.

● المواد ذات الانعكاس العالي والتوصيل الحراري العالي مثل الألومنيوم والنحاس وسبائكهما وما إلى ذلك، سيتم تغيير قابليتها للحام بالليزر.

● عند إجراء لحام شعاع الليزر متوسط إلى عالي الطاقة، يجب استخدام وحدة تحكم البلازما لطرد الغاز المؤين حول حوض المنصهر لضمان ظهور خرز اللحام مرة أخرى.

● كفاءة تحويل الطاقة منخفضة للغاية، وعادة ما تكون أقل من 10%.

● تتصلب خرزة اللحام بسرعة، وقد تكون هناك مخاوف بشأن المسامية والهشاشة.

● المعدات باهظة الثمن.

5. طلب

تُستخدم تقنية آلة اللحام بالليزر على نطاق واسع في مجالات التصنيع عالية الدقة مثل السيارات والسفن والطائرات والسكك الحديدية عالية السرعة، مما أدى إلى تحسن كبير في نوعية حياة الناس وقاد صناعة الأجهزة المنزلية إلى عصر التصنيع الدقيق.

6. مزايا اللحام الهجين

تتميز تقنية اللحام الهجين بالليزر بمزايا ملحوظة، إذ تتيح اختراقًا أعمق، وتحملًا أكبر للفجوات، ومتانة لحام مُحسّنة، بينما تُحسّن مواد الحشو المُضافة بنية شبكة اللحام. تُقلل هذه العملية من الاحتراق والترهل على الجانب الخلفي، وتتميز بنطاق استخدام واسع بتكلفة استثمار أقل عند استخدام تقنية استبدال الليزر. في لحام الليزر-MIG بالغاز الخامل، تُوفر هذه التقنية سرعات أعلى، وانصهارًا عميقًا، ودخلًا حراريًا أقل، ولحامات قوية وضيقة مع بروز ضئيل. هذا يُؤدي إلى إنتاج مستقر، وتوافر عالٍ للمعدات، وتقليل تحضير اللحامات والمعالجة اللاحقة، وأوقات لحام أقصر، وتكاليف أقل، وكفاءة أعلى، وتوافق ممتاز مع المعدات البصرية.

مع ذلك، تُعدّ تكلفة الاستثمار في اللحام الهجين بالليزر في معدات الطاقة مرتفعة نسبيًا. ومع توسّع السوق، ستنخفض أسعار معدات الطاقة أيضًا، وسيتم تطبيق تقنية اللحام الهجين بالليزر في مجالات أكثر. على الأقل، تُعدّ تقنية اللحام الهجين بالليزر عملية لحام مناسبة جدًا في لحام مواد سبائك الألومنيوم، وستُصبح أداة إنتاج اللحام الرئيسية على المدى الطويل.