دستگاه های جوش لیزری: تکنولوژی، کاربردها و راهنمای خرید

جوشکاری لیزری، انقلابی در صنعت اتصال

جوشکاری لیزری یکی از پیشرفته ترین و دقیق ترین روش های اتصال دائمی مواد، به ویژه فلزات، است. در این فرآیند، از یک پرتو لیزر متمرکز و پرانرژی برای ذوب کردن لبه های قطعات و ایجاد یک اتصال مستحکم و با کیفیت استفاده می شود. دقت بالا، سرعت زیاد، ایجاد حداقل اعوجاج و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) کوچک، جوشکاری لیزری را به گزینه ای ایده آل برای طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی تبدیل کرده است. در این مقاله، به معرفی دستگاه های جوش لیزری، انواع، کاربردها، مزایا و معایب، نکات ایمنی و راهنمای خرید آن ها می پردازیم.

دستگاه جوش لیزری چیست و چگونه کار می کند؟

دستگاه جوش لیزری از یک منبع لیزر برای تولید پرتو نوری متمرکز و همدوس با انرژی بالا استفاده می کند. این پرتو از طریق یک سیستم اپتیکی (آینه ها و عدسی ها) به هد جوشکاری هدایت می شود و در آنجا بر روی نقطه مورد نظر برای جوشکاری متمرکز می گردد. انرژی لیزر باعث ذوب شدن مواد در نقطه تمرکز می شود و پس از سرد شدن، یک اتصال دائمی بین قطعات ایجاد می شود.

مراحل کلی کار دستگاه جوش لیزری:

1. تولید پرتو لیزر: منبع لیزر، پرتو نور لیزر را با طول موج و توان مشخص تولید می کند.
2. انتقال پرتو: پرتو لیزر از طریق فیبر نوری (در لیزرهای فایبر) یا مجموعه ای از آینه ها (در لیزرهای CO2) به هد جوشکاری منتقل می شود.
3. تمرکز پرتو: در هد جوشکاری، یک لنز مخصوص، پرتو لیزر را بر روی نقطه مورد نظر متمرکز می کند.
4. ذوب شدن مواد: انرژی متمرکز شده لیزر باعث ذوب شدن مواد در نقطه تمرکز می شود.
5. ایجاد اتصال: پس از سرد شدن مواد مذاب، یک اتصال دائمی و مستحکم بین قطعات ایجاد می شود.
6. گاز محافظ: در بسیاری از موارد، از یک گاز محافظ (مانند آرگون یا هلیوم) برای محافظت از حوضچه مذاب در برابر اکسید شدن و ایجاد جوش با کیفیت بالاتر استفاده می شود.

انواع دستگاه های جوش لیزری: فایبر، CO2 و Nd:YAG

دستگاه های جوش لیزری بر اساس نوع منبع لیزر به چند دسته اصلی تقسیم می شوند:

لیزر فایبر (Fiber Laser):

لیزرهای فایبر از فیبر نوری برای تقویت نور لیزر استفاده می کنند. این لیزرها به دلیل کیفیت بالای پرتو، راندمان بالا، عمر طولانی، هزینه نگهداری پایین و ابعاد کوچک، به یکی از محبوب ترین لیزرها برای جوشکاری فلزات تبدیل شده اند.

• مزایا:
• کیفیت پرتو عالی و دقت جوشکاری بالا
• راندمان بالا و مصرف انرژی کم
• عمر طولانی (بیش از 25000 ساعت)
• هزینه نگهداری پایین
• ابعاد کوچک و جمع و جور
• قابلیت اطمینان بالا
• سرعت جوشکاری بالا
• قابلیت جوشکاری طیف وسیعی از فلزات (فولاد، آلومینیوم، مس، برنج، تیتانیوم و …)
• معایب:
• قیمت بالاتر نسبت به لیزرهای CO2 (در توان مشابه)
• به طور کلی برای جوشکاری مواد غیرفلزی مناسب نیستند (مگر در موارد خاص و با تنظیمات ویژه)
• کاربردها:
• جوشکاری انواع فلزات (فولاد، استیل، آلومینیوم، مس، برنج، تیتانیوم و …)
• جوشکاری ورق های نازک و ضخیم
• جوشکاری قطعات پیچیده و ظریف
• جوشکاری در صنایع خودروسازی، هوافضا، الکترونیک، پزشکی و …

لیزر CO2:

این نوع لیزر از گاز دی اکسید کربن به عنوان ماده فعال استفاده می کند. لیزرهای CO2 برای جوشکاری فلزات نازک و غیرفلزات مناسب هستند.

• مزایا:
• هزینه اولیه نسبتاً پایین تر از لیزر فایبر (در توان مشابه)
• قابلیت جوشکاری برخی فلزات نازک و مواد غیرفلزی
• معایب:
• کیفیت پرتو پایین تر از لیزر فایبر
• راندمان پایین تر و مصرف برق بیشتر
• نیاز به نگهداری بیشتر (تعویض تیوب لیزر و تنظیم آینه ها)
• عدم کارایی برای جوشکاری فلزات ضخیم و فلزات با بازتابش بالا (مانند مس و آلومینیوم)
• کاربردها:
• جوشکاری ورق های فلزی نازک
• جوشکاری برخی مواد غیرفلزی
• برش و حکاکی غیرفلزات

به این نکته دقت کنید که وب سایت لیزر یدک بعنوان اولین مرجع تخصصی ایرانی در زمینه تأمین قطعات یدکی دستگاه‌های لیزر صنعتی میتواند گزینه بسیار مناسبی برای خرید های شما باشد. در نظر داشته باشید که میتوانید از قسمت «فروشگاه» وارد سایت لیزر یدک شوید.

لیزر Nd:YAG و Nd:YVO:

این نوع لیزرها از کریستال های جامد به عنوان ماده فعال استفاده می کنند. Nd:YAG مخفف Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet و Nd:YVO مخفف Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate است.

• مزایا:
• قابلیت ایجاد پرتوهای بسیار ظریف و متمرکز
• مناسب برای جوشکاری نقطه ای و جوشکاری فلزات ظریف
• معایب:
• هزینه بالاتر نسبت به لیزر CO2
• راندمان پایین تر نسبت به لیزر فایبر
• کاربردها:
• جوشکاری نقطه ای
• جوشکاری قطعات الکترونیکی
• جوشکاری فلزات ظریف و گرانبها (مانند طلا و نقره)
• برخی از کاربردهای پزشکی

مزایای جوشکاری لیزری نسبت به روش های سنتی

• دقت بالا: جوشکاری لیزری می تواند جوش های بسیار ظریف و دقیقی را با حداقل اعوجاج ایجاد کند.
• سرعت بالا: جوشکاری لیزری بسیار سریع تر از روش های سنتی مانند جوشکاری قوس الکتریکی (TIG، MIG) است.
• ایجاد ناحیه کوچک متاثر از حرارت (HAZ): به دلیل تمرکز بالای انرژی لیزر، ناحیه متاثر از حرارت در جوشکاری لیزری بسیار کوچک است. این امر باعث کاهش اعوجاج و تنش های پسماند در قطعه کار می شود.
• کاهش تنش های پسماند: به دلیل HAZ کوچک، تنش های پسماند در قطعه کار کاهش می یابد.
• اتصال مستحکم و با کیفیت: جوش لیزری معمولاً اتصالاتی با استحکام و کیفیت بالا ایجاد می کند.
• قابلیت اتوماسیون: فرآیند جوشکاری لیزری به راحتی می تواند خودکار شود و در خطوط تولید انبوه مورد استفاده قرار گیرد.
• انعطاف پذیری: قابلیت جوشکاری طیف وسیعی از مواد و ضخامت ها.
• کاهش هزینه های تولید: در بسیاری از موارد، جوشکاری لیزری می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد (به دلیل سرعت بالا، دقت بالا، کاهش ضایعات و عدم نیاز به عملیات پس از جوشکاری).

معایب و محدودیت های جوشکاری لیزری

• هزینه اولیه بالا: دستگاه های جوش لیزری معمولاً گران قیمت هستند.
• نیاز به تجهیزات و اپراتور ماهر: راه اندازی و کار با دستگاه جوش لیزری نیاز به تجهیزات جانبی (مانند سیستم خنک کننده، سیستم تغذیه گاز محافظ و …) و اپراتور ماهر و آموزش دیده دارد.
• محدودیت در جوشکاری برخی از مواد: جوشکاری برخی از مواد با بازتابش بالا (مانند مس و آلومینیوم) با لیزر ممکن است دشوار باشد یا نیاز به تنظیمات خاص داشته باشد.
• مسائل ایمنی: لیزر می تواند برای چشم و پوست خطرناک باشد و باید نکات ایمنی به طور کامل رعایت شود.

کاربردهای دستگاه جوش لیزری در صنایع مختلف

• صنعت خودروسازی: جوشکاری بدنه خودرو، قطعات موتور، شاسی، اگزوز و …
• صنعت هوافضا: جوشکاری قطعات حساس و دقیق هواپیما، موتورهای جت، موشک ها و …
• صنعت الکترونیک: جوشکاری قطعات ریز و حساس الکترونیکی، اتصال سیم های ظریف، ساخت مدارهای الکترونیکی
• صنعت پزشکی: جوشکاری ایمپلنت های پزشکی، ابزارهای جراحی، ساخت تجهیزات پزشکی
• صنعت جواهرسازی: جوشکاری طلا، نقره و سایر فلزات گرانبها، تعمیر جواهرات
• ساخت قطعات صنعتی: جوشکاری انواع قطعات صنعتی با دقت و سرعت بالا
• صنایع نظامی: جوشکاری تجهیزات و ادوات نظامی
• صنعت کشتی سازی: جوشکاری بدنه کشتی و سایر قطعات فلزی

پارامترهای مهم در جوشکاری لیزری

کیفیت جوش لیزری به پارامترهای مختلفی بستگی دارد که باید به دقت تنظیم شوند. مهم ترین این پارامترها عبارتند از:

توان لیزر:

مقدار انرژی لیزر که بر روی قطعه کار تابیده می شود. توان لیزر باید با توجه به نوع ماده، ضخامت و سرعت جوشکاری انتخاب شود.

سرعت جوشکاری:

سرعت حرکت هد لیزر بر روی قطعه کار. سرعت جوشکاری باید با توجه به توان لیزر و نوع ماده تنظیم شود.

فاصله کانونی:

فاصله بین لنز و قطعه کار که بر روی تمرکز پرتو لیزر تاثیر می گذارد. فاصله کانونی باید به درستی تنظیم شود تا پرتو لیزر در نقطه مورد نظر متمرکز شود و جوشکاری با کیفیت مطلوب انجام شود.

نوع و فشار گاز محافظ:

گازی که برای محافظت از حوضچه مذاب و جلوگیری از اکسید شدن استفاده می شود. نوع و فشار گاز محافظ باید با توجه به نوع ماده و فرآیند جوشکاری انتخاب شود. گازهای رایج عبارتند از: آرگون، هلیوم و نیتروژن.

شکل موج لیزر:

لیزر می تواند به صورت پیوسته (Continuous Wave – CW) یا پالسی (Pulsed) باشد. انتخاب نوع موج به نوع کاربرد و ماده مورد نظر بستگی دارد.

عوامل موثر در انتخاب دستگاه جوش لیزری

برای انتخاب دستگاه جوش لیزری مناسب، باید به فاکتورهای زیر توجه کنید:

• نوع مواد و ضخامت آن ها: نوع لیزر (فایبر، CO2 و …) و توان آن باید با توجه به نوع مواد و ضخامت آن ها انتخاب شود.
• نوع و کیفیت جوش مورد نیاز: برای جوشکاری های ظریف و دقیق، به دستگاهی با کیفیت پرتو و سیستم کنترل پیشرفته تر نیاز دارید.
• سرعت جوشکاری مورد نیاز: اگر سرعت برای شما اهمیت زیادی دارد، باید به دنبال دستگاهی با توان بالاتر و سیستم حرکتی سریع تر باشید.
• بودجه: قیمت دستگاه های جوش لیزری می تواند بسیار متفاوت باشد. بودجه خود را مشخص کنید و دستگاهی را انتخاب کنید که با نیازها و بودجه شما مطابقت داشته باشد.
• خدمات پس از فروش و پشتیبانی: از یک شرکت معتبر خرید کنید که خدمات پس از فروش و پشتیبانی فنی مناسبی ارائه می دهد.
• نرم افزار و سیستم کنترل: باید کاربرپسند و دارای امکانات لازم باشد.

نکات ایمنی در کار با دستگاه جوش لیزری

• همیشه از عینک محافظ مخصوص لیزر استفاده کنید. عینک باید با طول موج لیزر دستگاه شما مطابقت داشته باشد.
• از لباس محافظ مناسب استفاده کنید. لباس های محافظ می توانند از پوست شما در برابر پرتوهای پراکنده لیزر و جرقه های احتمالی محافظت کنند.
• در محیطی با تهویه مناسب کار کنید. لیزر می تواند دود و بخارات سمی تولید کند.
• هرگز به طور مستقیم به پرتو لیزر نگاه نکنید.
• قبل از شروع به کار، دستورالعمل های ایمنی سازنده دستگاه را به دقت مطالعه کنید.
• از افراد غیرمتخصص و آموزش ندیده دوری کنید.
• از مواد مناسب برای جوشکاری لیزری استفاده کنید و از جوشکاری مواد خطرناک یا ناشناخته خودداری کنید.
• از سالم بودن تجهیزات ایمنی دستگاه (مانند سیستم قفل ایمنی) اطمینان حاصل کنید.

نگهداری و تعمیر دستگاه جوش لیزری

برای حفظ عملکرد بهینه و افزایش عمر مفید دستگاه، باید به طور منظم از آن نگهداری و در صورت نیاز، تعمیرات لازم را انجام دهید:

• تمیز کردن: به طور منظم لنزها، آینه ها و سایر قطعات دستگاه را تمیز کنید.
• روغن کاری: قطعات متحرک دستگاه را طبق دستورالعمل سازنده روغن کاری کنید.
• تعویض قطعات مصرفی: قطعات مصرفی مانند نازل، لنز و تیوب لیزر را به موقع تعویض کنید.
• سرویس دوره ای: دستگاه را به طور منظم توسط یک تکنسین متخصص سرویس کنید.

آینده تکنولوژی جوش لیزری

تکنولوژی جوش لیزری به سرعت در حال پیشرفت است و انتظار می رود در آینده شاهد موارد زیر باشیم:

• دستگاه های لیزر با توان بالاتر: امکان جوشکاری مواد ضخیم تر و سخت تر را فراهم می کنند.
• دستگاه های لیزر با سرعت بیشتر: باعث افزایش بهره وری و کاهش زمان تولید می شوند.
• دستگاه های لیزر با دقت بیشتر: امکان ایجاد جوش های ظریف تر و پیچیده تر را فراهم می کنند.
• دستگاه های لیزر هوشمندتر: لیزرهایی که به هوش مصنوعی و یادگیری ماشین مجهز هستند، می توانند به طور خودکار پارامترهای خود را تنظیم کنند و کیفیت کار را بهبود بخشند.
• کاهش قیمت دستگاه ها: و همه گیر شدن بیشتر این تکنولوژی.
• کاربردهای جدیدتر: در صنایع و حوزه های گوناگون

نتیجه گیری: اتصال دقیق و مستحکم با فناوری لیزر

دستگاه های جوش لیزری با دقت، سرعت، کیفیت و انعطاف پذیری بالای خود، به ابزاری ضروری در بسیاری از صنایع تبدیل شده اند. با انتخاب نوع مناسب دستگاه، رعایت نکات ایمنی و نگهداری منظم، می توانید از مزایای این فناوری بهره مند شوید و اتصالاتی مستحکم، بادوام و با کیفیت ایجاد کنید. پیشرفت های سریع در این حوزه نویدبخش آینده ای روشن برای تکنولوژی جوش لیزری و کاربردهای گسترده تر آن در صنایع مختلف است. در صورتی که به مشاوره برای خریدهای خود نیاز دارید، میتوانید از قسمت «تماس با ما» وب سایت لیزر یدک جهت راهنمایی و پاسخگویی به سوالات خود استفاده نمایید.

سوالات متداول:

1. بهترین نوع دستگاه لیزر برای جوشکاری فلزات کدام است؟

به طور کلی، لیزرهای فایبر به دلیل کیفیت بالای پرتو، راندمان بالا، عمر طولانی، هزینه نگهداری پایین و توانایی جوشکاری طیف وسیعی از فلزات با ضخامت های مختلف، برای جوشکاری فلزات بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. با این حال، انتخاب بهترین نوع لیزر به عوامل مختلفی مانند نوع فلز، ضخامت، کیفیت مورد نظر جوش و بودجه شما بستگی دارد.

2. آیا جوشکاری لیزری برای همه فلزات مناسب است؟

لیزر فایبر قابلیت جوشکاری طیف وسیعی از فلزات را دارد، اما برخی از فلزات به دلیل ویژگی های خاص خود، ممکن است چالش هایی ایجاد کنند. به عنوان مثال، فلزاتی با بازتابش بالا مانند مس و آلومینیوم، ممکن است نیاز به تنظیمات خاص لیزر و یا استفاده از تکنیک های ویژه داشته باشند.

3. آیا کار با دستگاه جوش لیزری خطرناک است؟

بله، دستگاه های جوش لیزری به دلیل توان بالا می توانند برای چشم و پوست خطرناک باشند. بنابراین، رعایت کامل نکات ایمنی هنگام کار با این دستگاه ها ضروری است. استفاده از عینک محافظ مخصوص لیزر، لباس محافظ مناسب، تهویه مناسب محل کار و آموزش صحیح اپراتور از جمله مهم ترین نکات ایمنی هستند.

4. قیمت دستگاه جوش لیزری چقدر است؟

قیمت دستگاه جوش لیزری به عوامل مختلفی مانند نوع لیزر (فایبر، CO2 و …)، توان لیزر، ابعاد میز کار (در صورت وجود)، برند سازنده، کشور سازنده و آپشن های اضافی بستگی دارد. قیمت این دستگاه ها می تواند از چند هزار دلار برای دستگاه های کوچک و رومیزی تا چند صد هزار دلار برای دستگاه های بزرگ و صنعتی متغیر باشد.

5. برای خرید دستگاه جوش لیزری به چه نکاتی باید توجه کنم؟

قبل از خرید دستگاه جوش لیزری، باید نیازهای خود را به طور دقیق مشخص کنید. چه نوع موادی را می خواهید جوش دهید؟ به چه توانی از لیزر نیاز دارید؟ ابعاد میز کار چقدر باید باشد؟ چه نرم افزاری برای کنترل دستگاه مناسب تر است؟ بودجه شما چقدر است؟ پس از پاسخ به این سوالات، می توانید با مشاوره گرفتن از متخصصان و بررسی برندهای مختلف، بهترین گزینه را برای خود انتخاب کنید. همچنین به خدمات پس از فروش و گارانتی دستگاه نیز توجه کنید.