تكنولوجيا الليزر

يتكون نظام لحام الليزر من ليزر، وألياف بصرية ناقلة، ورأس تركيز تجميعي أو غالفانومتر، إلخ. ويكون الضوء الصادر من الألياف البصرية متباعدًا، وبالتالي يجب تجميعه إلى ضوء متوازٍ باستخدام عدسة تجميع، ثم تركيزه بواسطة عدسة تركيز (تأثير العدسة المكبرة). وتتضمن المعايير الأساسية أثناء ضبط عملية الليزر: القدرة، والسرعة، ومقدار الانحراف عن البؤرة، والغاز الواقي.

بشكل عام، وقبل تحديد المعايير الخاصة بقطعة العمل، يجب أولاً تحديد سرعة المعالجة. ويستلزم ذلك التواصل مع العميل لتحديد السرعة بناءً على احتياجاته. فعلى سبيل المثال، إذا كانت هناك متطلبات محددة تتعلق بمدة دورة الإنتاج والإنتاج الكلي، فيمكن تحديد السرعة التقريبية عن طريق التحليل العكسي. وبعد ذلك، يمكن إجراء التعديلات اللازمة على العملية استناداً إلى هذه السرعة.

وبشكل عام، فإن الزيادة المفرطة في السرعة تؤدي إلى ظهور خاصية على شكل حرف V كما هو موضح في الصورة.

الطاقة: تشير هذه إلى طاقة لحام الليزر، والتي تُضبط عادةً عبر شكل الموجة. ويُعد لحام الليزر عملية تحويل للطاقة تتضمن إدخال الحرارة وامتصاصها. ولذلك، فإن التحكم في شكل الموجة والطاقة يتطلب خبرة واسعة. فتختلف هذه المعايير باختلاف المواد المستخدمة وسمكها وأنواع اللحام والمعدات المستخدمة. ولتحقيق الأداء الأمثل، يجب الانتباه بدقة إلى الطاقة؛ إذ إن تغيّر شكل الموجة يؤثر في تغيّر الطاقة الوحدية. وعادةً ما تتضمّن البرمجيات هذا الإعداد، ويمكن مراقبته لتجميع المعرفة حول كيفية تأثير المواد المختلفة في تغيّرات الطاقة. أما التحكم في التشققات فهو عمومًا أكثر اعتمادًا على الخبرة. أما الخصائص المعدنية المجهرية المرتبطة بالطاقة في لحام الخطوط المستقيمة فهي عمق اللحام وعرضه. فإذا كان عمق اللحام وعرضه صغيرين جدًّا، فيجب زيادة الطاقة؛ وإذا كانا كبيرين جدًّا، فيجب تخفيض الطاقة.

تؤثر مستويات القدرة المختلفة تأثيرًا مباشرًا على عمق الانصهار، كما هو موضح في الشكل، الذي يمثل رسمًا معدنيًّا لعمق الانصهار عند مستويات طاقة مختلفة.

غالبًا ما يؤدي نقص الطاقة إلى لحام جزئي أو لحام غير كامل، كما هو موضح في الصورة. ففي هذه الحالة، ينصهر فقط طبقة سطحية خفيفة، مع اختراق ضحل جدًّا، مما يجعل من الصعب تلبية متطلبات العملية.

البعد عن البؤرة: أولًا، لا تكون كثافة طاقة شعاع الليزر متجانسة عند كل المواقع. فالطاقة تكون أكثر تركيزًا عند النقطة البؤرية، مما يؤدي إلى أصغر حجم للبقعة (أي مساحة تأثير الليزر أصغر، وتركيز الطاقة أكبر). ولذلك فإن جميع عمليات ضبط المعايير تكون ذات معنى فقط بعد تحديد النقطة البؤرية. ومن ثم فإن تحديد النقطة البؤرية أمرٌ بالغ الأهمية ويُعَدُّ مهمة تقنية صعبة.

غاز الحماية: توجد أنواع عديدة من غازات الحماية. وفي خطوط الإنتاج الصناعي، يُستخدم النيتروجين عادةً للتحكم في التكاليف، بينما يُعد الأرجون الغاز الرئيسي المستخدم في المختبرات. كما يُستخدم الهيليوم وغازات خاملة أخرى. وبشكل عام، يُستخدم هذان الغازان عادةً في حالات خاصة. وبما أن لحام الليزر هو عملية تفاعل عنيفة ذات درجة حرارة عالية، فإن المعدن ينصهر ويتبخر. ويكون المعدن نشيطًا جدًّا عند درجات الحرارة العالية، وحال ملامسته للأكسجين يحدث تفاعل عنيف يؤدي إلى تناثر كثيف وسطح لحام خشن وغير منتظم. ولذلك، يُستخدم غاز الحماية لإنشاء بيئة خالية من الأكسجين في منطقة صغيرة (بالقرب من بركة الصهر) لمنع التفاعلات التأكسدية العنيفة التي قد تؤدي إلى عيوب في اللحام وخشونة في السطح الخارجي.

إذا كانت كمية غاز الحماية كبيرةً جدًّا، فإنها ستُبعد بركة اللحام المنصهرة؛ أما إذا كانت صغيرةً جدًّا، فلن تتمكن من حماية بركة اللحام المنصهرة من الأكسجين بشكلٍ فعّال. ولذلك، يجب ضبطها بمرونة وفقًا لظروف العمل الميدانية.