تنظیمات دستگاه جوش لیزر جهت جوش آلومینیوم

تنظیمات دستگاه جوش لیزری برای جوشکاری آلومینیوم نیازمند درک عمیق از خواص فیزیکی و شیمیایی این ماده، همراه با تنظیم دقیق پارامترهای فرایند است. انتخاب منبع لیزر ، توان لیزر، سرعت جوشکاری، پالس دهی، گاز محافظ و.. نقش مهمی در کیفیت جوشکاری دارد.

در ادامه، به بررسی دقیق‌تر تنظیمات و پارامترهای کلیدی برای جوش لیزری آلومینیوم می‌پردازیم:

۱. انتخاب منبع لیزر:

• لیزر فیبر (Fiber Laser): با طول‌موج ۱٫۰۶ میکرون، جذب بهتری در آلومینیوم دارد (حدود ۵-۱۰٪ جذب در حالت عادی). این نوع لیزر به دلیل کیفیت پرتو بالا و توانایی تمرکز پرتو در نقطه‌ای کوچک، برای جوشکاری آلومینیوم مناسب‌تر است.
• لیزر دی‌اکسید کربن (CO2 Laser): با طول‌موج ۱۰٫۶ میکرون، جذب پایین‌تری در آلومینیوم دارد (حدود ۲-۳٪ جذب). این نوع لیزر معمولاً برای جوشکاری آلومینیوم کمتر استفاده می‌شود، مگر در موارد خاص با پیش‌گرمایش یا پوشش‌های جاذب.

۲. توان لیزر (Laser Power):

• توان لیزر باید متناسب با ضخامت قطعه و نوع آلیاژ آلومینیوم تنظیم شود. برای مثال:
  • ضخامت ۰٫۵ تا ۱ میلی‌متر: توان ۱ تا ۲ کیلووات.
  • ضخامت ۱ تا ۳ میلی‌متر: توان ۲ تا ۴ کیلووات.
  • ضخامت بالای ۳ میلی‌متر: توان ۴ تا ۶ کیلووات یا بیشتر.
• توان بالاتر ممکن است باعث افزایش نفوذ جوش شود، اما خطر ایجاد حفره‌های گازی (porosity) و ترک‌های حرارتی را افزایش می‌دهد.

۳. سرعت جوشکاری (Welding Speed):

• سرعت جوشکاری باید به گونه‌ای تنظیم شود که تعادل مناسبی بین نفوذ جوش و کنترل حرارت ایجاد شود. سرعت‌های معمول عبارتند از:
  • ۱ تا ۵ متر بر دقیقه برای قطعات نازک.
  • ۰٫۵ تا ۲ متر بر دقیقه برای قطعات ضخیم‌تر.
• سرعت‌های بالاتر ممکن است باعث کاهش نفوذ جوش شود، در حالی که سرعت‌های پایین‌تر خطر overheating و تغییر شکل قطعه را افزایش می‌دهند.

۴. فوکوس پرتو لیزر (Beam Focus):

• موقعیت فوکوس پرتو لیزر باید دقیقاً تنظیم شود تا حداکثر جذب انرژی و نفوذ جوش ایجاد شود. معمولاً:
  • فوکوس روی سطح قطعه: برای جوش‌های سطحی.
  • فوکوس کمی زیر سطح (۰٫۵ تا ۱ میلی‌متر): برای جوش‌های با نفوذ عمیق.
• قطر نقطه فوکوس معمولاً بین ۰٫۱ تا ۰٫۵ میلی‌متر است.

۵. گاز محافظ (Shielding Gas):

• گاز محافظ برای جلوگیری از اکسیداسیون و بهبود کیفیت جوش ضروری است. گازهای رایج عبارتند از:
  • آرگون (Argon): به دلیل چگالی بالا و هزینه پایین، گزینه رایج است.
  • هلیوم (Helium): به دلیل هدایت حرارتی بالا، برای جوش‌های با نفوذ عمیق مناسب‌تر است.
• دبی گاز محافظ معمولاً بین ۱۵ تا ۲۵ لیتر بر دقیقه تنظیم می‌شود.

۶. پالس‌دهی (Pulsing):

• در حالت پالسی، انرژی لیزر به صورت متناوب اعمال می‌شود، که می‌تواند به کنترل بهتر حرارت و کاهش عیوب کمک کند. پارامترهای کلیدی عبارتند از:
  • فرکانس پالس (Pulse Frequency): معمولاً بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ هرتز.
  • مدت زمان پالس (Pulse Duration): معمولاً بین ۰٫۱ تا ۱۰ میلی‌ثانیه.
  • انرژی پالس (Pulse Energy): باید متناسب با ضخامت قطعه تنظیم شود.

۷. پیش‌گرمایش و پس‌گرمایش (Preheating & Postheating):

• پیش‌گرمایش: برای قطعات ضخیم یا آلیاژهای حساس (مانند سری ۷xxx)، پیش‌گرمایش تا ۱۵۰-۲۰۰°C می‌تواند از ایجاد ترک‌های حرارتی جلوگیری کند.
• پس‌گرمایش: برای کاهش تنش‌های باقی‌مانده و بهبود خواص مکانیکی جوش.

۸. تمیزکاری سطح (Surface Preparation):

• سطح آلومینیوم باید قبل از جوشکاری به دقت تمیز شود تا لایه اکسید (Al2O3) و آلودگی‌ها از بین بروند. روش‌های تمیزکاری شامل:
  • برس‌های سیمی غیرفلزی (استیل ضدزنگ).
  • حلال‌های شیمیایی (مانند استون یا ایزوپروپیل الکل).
  • پرداخت مکانیکی یا سندبلاست.

۹. کنترل کیفیت (Quality Control):

• پس از جوشکاری، ناحیه جوش باید از نظر عیوبی مانند ترک‌ها، حفره‌ها و نفوذ ناکافی بررسی شود. روش‌های غیرمخرب رایج عبارتند از:
  • تست اولتراسونیک (UT).
  • رادیوگرافی (RT).
  • بازرسی چشمی (VT).