فرآیند جوشکاری لیزری – پارامترها
سیستم جوشکاری لیزری از یک منبع لیزر، فیبر نوری انتقالدهنده، سرِ کانونکننده-همراستاساز یا گالوانومتر و غیره تشکیل شده است. نور خروجی از فیبر نوری واگرا است و باید توسط عدسی همراستاساز به نور موازی تبدیل شود و سپس توسط عدسی کانونکننده (اثر ذرهبین) متمرکز گردد. پارامترهای کلیدی در هنگام راهاندازی و تنظیم فرآیند لیزر عبارتند از: توان، سرعت، میزان عدم کانونگذاری (دیفوکوسینگ) و گاز محافظ.
بهطور کلی، پیش از تعیین پارامترهای یک قطعه کار، ابتدا باید سرعت پردازش تعیین شود. این امر نیازمند ارتباط با مشتری است تا سرعت مورد نیاز بر اساس نیازهای او تعیین گردد. بهعنوان مثال، اگر نیازمندیهایی در خصوص زمان چرخه تولید و خروجی وجود داشته باشد، سرعت تقریبی را میتوان با محاسبه معکوس تعیین کرد. سپس تنظیمات فرآیندی را بر اساس این سرعت انجام داد.
بهطور کلی، سرعت بیشازحد منجر به مشخصهای بهشکل V مانند آنچه در تصویر نشان داده شده است، میشود.
توان: این مورد به توان جوشکاری لیزری اشاره دارد که معمولاً از طریق شکل موج تنظیم میشود. جوشکاری لیزری فرآیندی برای تبدیل انرژی است که شامل ورود گرما و جذب آن میباشد. بنابراین، کنترل شکل موج و توان نیازمند تجربهٔ گستردهای است. مواد مختلف، ضخامتها، انواع جوش و تجهیزات همه متفاوت خواهند بود. برای دستیابی به عملکرد بهینه، باید توجه ویژهای به انرژی معطوف شود؛ زیرا تغییرات شکل موج بر تغییر انرژی در واحد تأثیر میگذارند. نرمافزارهای معمولی معمولاً این تنظیم را شامل میشوند که میتوان آن را پایش کرد تا دانش لازم دربارهٔ تأثیر مواد مختلف بر تغییرات انرژی جمعآوری شود. کنترل ترکها عموماً نیازمند تجربهٔ بیشتری است. ویژگیهای متالوگرافی متناظر با توان در جوشکاری درز مستقیم، عمق جوش و عرض جوش هستند. اگر عمق و عرض جوش بسیار کوچک باشند، انرژی را افزایش دهید؛ و اگر بسیار بزرگ باشند، انرژی را کاهش دهید.
سطحهای مختلف توان بهطور مستقیم بر عمق ذوب تأثیر میگذارند، همانطور که در شکل نشان داده شده است؛ این شکل یک نمودار متالوگرافی از عمق ذوب در سطوح انرژی مختلف است.
انرژی ناکافی اغلب منجر به جوشهای جزئی یا ناقص میشود، همانطور که در تصویر نشان داده شده است. تنها لایهای بسیار نازک از سطح ذوب میشود و نفوذ بسیار کمی ایجاد میگردد که این امر تحقق نیازمندیهای فرآیندی را دشوار میسازد.
خارج از کانونگیری: اولاً، انرژی واحد پرتو لیزر در هر نقطهای یکنواخت نیست. بیشترین تمرکز انرژی در نقطه کانونی رخ میدهد که کوچکترین اندازه نقطه (مساحت عمل لیزر کوچکتر و انرژی متمرکزتر) را ایجاد میکند. بنابراین، تمام تنظیمات پارامترها تنها پس از تعیین نقطه کانونی معنا دار هستند. یافتن نقطه کانونی از این رو حیاتی بوده و کاری فنی پیچیده است.
گاز محافظ: انواع مختلفی از گازهای محافظ وجود دارد. در خطوط تولید صنعتی، معمولاً از نیتروژن برای کنترل هزینهها استفاده میشود، در حالی که آرگون گاز اصلی مورد استفاده در آزمایشگاههاست. هلیوم و سایر گازهای بیاثر نیز بهکار میروند. عموماً این دو گاز در شرایط خاصی رایجاند. ازآنجاکه جوشکاری با لیزر فرآیندی با دمای بالا و واکنشپذیری شدید است، فلز ذوب شده و تبخیر میشود. فلز در دماهای بالا بسیار فعال است و در صورت برخورد با اکسیژن، واکنش شدیدی ایجاد میکند که منجر به پاشش زیاد و سطح جوش ناهموار و زبر میشود. بنابراین، گاز محافظ برای ایجاد محیطی فاقد اکسیژن در ناحیهای کوچک (نزدیک حوضچه مذاب) بهکار میرود تا از واکنشهای اکسیداسیون شدیدی که باعث ایجاد جوشهای نامناسب و سطح خارجی ناهموار میشوند، جلوگیری شود.
اگر گاز محافظ بیش از حد زیاد باشد، باعث دور راندن حوضچه مذاب میشود؛ و اگر بیش از حد کم باشد، نمیتواند بهطور مؤثر حوضچه مذاب را در برابر اکسیژن محافظت کند. این پارامتر باید بهصورت انعطافپذیر بر اساس شرایط کار در محل تنظیم شود.
