جوشکاری پرتو لیزر در مقابل جوشکاری قوس پلاسما

جوشکاری پرتو لیزر

جوشکاری پرتو لیزر یک روش جوشکاری با راندمان بالا و بسیار دقیق با استفاده از پرتو لیزر با چگالی بالا به عنوان منبع حرارت آن است. جوشکاری را می توان با پرتوهای پیوسته یا پالسی لیزر انجام داد. با توجه به اصول جوشکاری لیزری، فرآیندها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: جوشکاری رسانش حرارتی و جوشکاری عمیق لیزری. چگالی توان زیر 104 ~ 105 W/cm2 به جوشکاری هدایت حرارتی اشاره دارد. در آن زمان، عمق نفوذ با سرعت جوش آهسته کم است. هنگامی که چگالی توان بزرگتر از 105 ~ 107 وات / سانتی متر مربع است، در اثر حرارت، سطح فلز فرورفتگی را به ظاهر "سوراخ" می برد تا جوشکاری با نفوذ عمیق را تشکیل دهد.

امکانات

ویژگی های سرعت جوش سریع و نسبت ابعاد بزرگ

در جوشکاری پرتو لیزر معمولاً از پرتوهای لیزر پیوسته برای تکمیل اتصال مواد استفاده می شود. فرآیند فیزیکی متالورژی بسیار شبیه به جوشکاری با پرتو الکترونی است، یعنی مکانیزم تبدیل انرژی توسط یک ساختار "کلید سوراخ" تکمیل می شود.

تحت تابش لیزر با چگالی توان کافی، ماده تبخیر می شود و سوراخ های کوچکی را تشکیل می دهد. این سوراخ کوچک پر از بخار مانند جسم سیاهی است که تقریباً تمام انرژی پرتو فرودی را جذب می کند. دمای تعادل در حفره حدود 2500 درجه سانتیگراد است. گرما از دیواره بیرونی حفره با دمای بالا منتقل می شود و فلز اطراف حفره را ذوب می کند. سوراخ‌های کوچک با بخار با دمای بالا پر می‌شوند که در اثر تبخیر مداوم مواد دیوار زیر پرتو نور ایجاد می‌شود.

4 دیواره سوراخ های کوچک فلز مذاب را احاطه کرده و فلز مایع مواد جامد را احاطه کرده است. (در اکثر فرآیندهای جوشکاری معمولی و جوشکاری رسانش لیزری، انرژی اول است (روی سطح قطعه کار رسوب می کند، سپس با انتقال به داخل منتقل می شود). جریان مایع در خارج از دیواره سوراخ و کشش سطحی لایه دیوار با فشار بخار تولید شده به طور مداوم در حفره سوراخ مطابقت دارد و تعادل پیوسته ای را حفظ می کند. با حرکت پرتو نور، سوراخ کوچک همیشه در حالت جریان پایدار است.

یعنی سوراخ کوچک و فلز مذاب اطراف سوراخ با سرعت رو به جلوی تیر پیشرو به جلو حرکت می کند. فلز مذاب شکاف باقی مانده از سوراخ کوچک را پر می کند و سپس متراکم می شود و جوش تشکیل می شود. تمام مراحل فوق به قدری سریع اتفاق می افتد که سرعت جوشکاری به راحتی می تواند به چندین متر در دقیقه برسد.

1. جوشکاری پرتو لیزر جوشکاری ذوبی است که از پرتو لیزر به عنوان منبع انرژی استفاده می کند و بر روی اتصال جوش داده شده تاثیر می گذارد.

2. پرتو لیزر را می توان توسط یک عنصر نوری مسطح (مانند یک آینه) هدایت کرد و سپس پرتو را با یک عنصر متمرکز بازتابنده یا عدسی بر روی درز جوش پرتاب کرد.

3. جوشکاری پرتو لیزر جوشکاری بدون تماس است. در حین کار نیازی به فشار نیست، اما برای جلوگیری از اکسید شدن حوضچه مذاب به گاز بی اثر نیاز است. گاهی اوقات از فلز پرکننده استفاده می شود.

4. جوشکاری پرتو لیزر را می توان با جوشکاری MIG ترکیب کرد تا جوشکاری کامپوزیت لیزری MIG برای دستیابی به جوشکاری با نفوذ زیاد ایجاد شود، در حالی که حرارت ورودی در مقایسه با جوشکاری MIG بسیار کاهش می یابد.

اپلیکیشن‌ها

دستگاه جوش لیزری به طور گسترده در زمینه های تولید با دقت بالا مانند اتومبیل، کشتی، هواپیما و راه آهن پرسرعت استفاده می شود. کیفیت زندگی مردم را تا حد زیادی بهبود بخشید و همچنین صنعت لوازم خانگی را به سمت مهندسی دقیق سوق داد.

جوشکاری قوس پلاسما

جوشکاری قوس پلاسما به روش جوشکاری ذوبی اطلاق می شود که از یک پرتو با چگالی با انرژی بالا قوس پلاسما به عنوان منبع حرارت جوش استفاده می کند. در حین جوشکاری، گاز یونی (تشکیل قوس یونی) و گاز محافظ (برای محافظت از حوضچه مذاب و درز جوش در برابر اثرات مضر هوا) آرگون خالص هستند. الکترودهای مورد استفاده در جوشکاری قوس پلاسما عموماً از الکترودهای تنگستن هستند و گاهی اوقات نیاز به پر شدن با فلز (سیم جوش) دارند. به طور کلی، روش اتصال مثبت DC اتخاذ می شود (میله تنگستن به الکترود منفی متصل می شود). بنابراین، جوشکاری قوس پلاسما در اصل یک جوشکاری محافظ گاز تنگستن با اثر فشرده سازی است.

جوشکاری قوس پلاسما دارای ویژگی های تمرکز انرژی، بهره وری بالا، سرعت جوش سریع، تغییر شکل تنش کوچک و ایزولاسیون الکتریکی پایدار است و برای جوشکاری صفحات نازک و مواد جعبه مناسب است. این به ویژه برای مواد مختلف نسوز، به راحتی اکسید شده و حساس به حرارت (مانند تنگستن، مولیبدن، مس، نیکل، تیتانیوم و غیره) مناسب است.

گاز با گرم شدن قوس جدا می شود و هنگام عبور از نازل خنک شده با آب با سرعت بالا فشرده می شود و چگالی انرژی و درجه تفکیک را افزایش می دهد و قوس پلاسما را تشکیل می دهد. پایداری، ارزش حرارتی و دمای آن بالاتر از قوس عمومی است، بنابراین سرعت نفوذ و جوشکاری بیشتری دارد. گاز تشکیل دهنده قوس پلاسما و گاز محافظ اطراف آن معمولا از آرگون خالص استفاده می کند. بسته به خواص مواد قطعات کار مختلف، برخی از هلیوم، نیتروژن، آرگون یا مخلوطی از هر دو استفاده می کنند.

امکانات

1. جوشکاری قوس پلاسما با پرتو میکرو می تواند فویل ها و صفحات نازک را جوش دهد.

2. با یک اثر سوراخ کوچک، بهتر می تواند جوشکاری یک طرفه و شکل دهی آزاد دو طرفه را درک کند.

3. قوس پلاسما دارای چگالی انرژی بالا، دمای ستون قوس بالا و توانایی نفوذ قوی است. می تواند به 10- برسد12mm فولاد ضخیم بدون جوشکاری اریب. می توان آن را از طریق فرم دهی دو طرفه در یک زمان جوش داد. سرعت جوشکاری سریع، بهره وری بالا و تغییر شکل تنش کم است.

4. تجهیزات نسبتاً پیچیده است، مصرف گاز زیاد است، گروه دارای الزامات سختگیرانه در ترخیص و تمیزی قطعه کار است و فقط برای جوشکاری داخلی مناسب است.

اپلیکیشن‌ها

جوش پلاسما یکی از ابزارهای مهم در تولیدات صنعتی به ویژه برای جوشکاری مس و آلیاژ مس، تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم، فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ، مولیبدن و سایر فلزات هوافضا است که در صنایع نظامی و دیگر صنایع پیشرفته مانند ساخت انواع خاصی از آلیاژهای موشکی حاوی پوسته تیتانیوم ساخته شده توسط هواپیماهای تیتانیال استفاده می شود.

هزینه، تعمیر و نگهداری و بهره وری عملیاتی

برخی از عوامل مربوط به مقایسه انتخاب فناوری بین جوشکاری پرتو لیزر و جوشکاری قوس پلاسما برای کاربردهای صنعتی عبارتند از هزینه، تعمیر و نگهداری و راندمان عملیاتی.

تجزیه و تحلیل هزینه

جوشکاری پرتو لیزر نیاز به سرمایه گذاری اولیه بالایی دارد زیرا این تجهیزات در مقایسه با جوشکاری قوس پلاسما پیچیده است. ارزش سیستم های جوش لیزری صنعتی عمومی معمولاً بالاتر از آن است $200,000، در حالی که سیستم های جوشکاری قوس پلاسما هزینه هایی در حدود $10,000 به $50,000. با این حال، LBW به لطف افزایش نرخ پردازش و همچنین حداقل نیاز به اتمام پس از جوش، پتانسیل صرفه جویی در هزینه های طولانی مدت قابل توجهی را دارد. جوش پلاسما می تواند هزینه های مصرفی بالاتری برای ادامه عملیات داشته باشد.

الزامات نگهداری

از آنجایی که قطعات مصرفی مانند الکترودها و نازل های گاز بیشتر فرسوده می شوند، سیستم های جوشکاری قوس پلاسما معمولاً به تعمیر و نگهداری مکرر نیاز دارند. در مقابل، سیستم‌های جوشکاری لیزری به مواد مصرفی کمتری نیاز دارند، اما اپتیک و منابع لیزری آن‌ها نیاز به تمیز کردن و کالیبراسیون مجدد دارند. هنگامی که منابع لیزری به درستی نگهداری شوند، می توانند بیش از 20,000 ساعت با زمان خاموشی کمتر دوام بیاورند. سیستم‌های پلاسما، اگرچه ساده‌تر هستند، اما ممکن است از زمان فرسودگی مواد مصرفی دچار وقفه‌های مکرر شوند.

بهره وری عملیاتی

تکنیک‌های جوشکاری لیزر بسیار سریع‌تر و دقیق‌تر هستند و در مواد نازک به سرعت 10 متر در دقیقه می‌رسند، بنابراین برای تولید انبوه بسیار ایده‌آل هستند. همچنین مناطق متاثر از گرما بسیار کوچک تولید می کند، از این رو حداقل اعوجاج مواد را ایجاد می کند، بنابراین کیفیت محصول را بهبود می بخشد. جوش پلاسما در مواد ضخیم تر موثر است، هرچند با سرعت کمتر، اغلب برای تمیز کردن جوش ها، مانند سنگ زنی، به کارهای تکمیلی اضافی نیاز دارد.

در حالی که جوشکاری پرتو لیزر به هزینه‌های سرمایه‌گذاری بالاتری نیاز دارد، کارایی و نیاز کمتر به تعمیر و نگهداری اغلب مزایای هزینه‌ای را در درازمدت به همراه دارد، به‌ویژه برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالایی دارند. جوشکاری قوس پلاسما هنوز برای کارهای پیچیده تر و عملیات کوچکتر خوب است.