الإعداد للحام بالليزر (مع رسم بياني)
بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن الإعداد للحام بالليزر بمساعدة المخططات.
كلمة LASER تعني "تضخيم الضوء بواسطة انبعاث الإشعاع المحفز". في اللحام بالليزر ، يتأثر شعاع ضوء متماسك مركّز في البقعة المرغوبة للإذابة ولحام المعدن. إن الضوء المتماسك هو الذي تكون فيه الموجات متماثلة ومتوازية ويمكنها أن تسير لمسافات طويلة دون أن تفقد شدتها أو انحرافها. لا يكون ضوء الليزر كثيفًا فحسب ، بل يمكن أيضًا التركيز عليه بسهولة دون أي انخفاض في شدته. تم إدخال الليزر إلى الصناعة في عام 1950.
يعتمد عمل الليزر على حقيقة أنه عندما تمتص الذرة الفوتون (يتكون الضوء من جسيمات طاقة تسمى فوتون) ، فإنه يكسب الطاقة ويذهب إلى مستوى طاقة مرتفع. هذه الحالة المثارة للذرة قصيرة الأجل وهي تقع على مستوى وسيط من الحالة المستقرة. في هذا السقوط ، تفقد الذرة طاقتها الحرارية لكنها تحتفظ بطاقتها الفوتونية.
بعد فترة وجيزة ، تسقط الذرة بشكل عفوي إلى مستواها الأصلي أو الأرضي الذي يطلق طاقة الفوتون على شكل ضوء. تظهر ظاهرة انبعاث الصور هذه بطريقة تخطيطية في الشكل 2.44. يتم الحصول على انبعاث الليزر عندما يتم ملء المستوى العلوي بشكل كاف على حساب المستوى الأدنى. ويشار إلى مثل هذا الوضع على أنه انعكاس جماعي وطريقة الحصول عليه تسمى الضخ.
قد تكون عناصر الليزر صلبة أو سائلة أو غازية أو شبه موصل. وتشمل بعض مواد الليزر الصلبة روبي العقيق ، العقيق الإربيوم ، العقيق الألومنيوم الإيتريوم المغمدة نيوديميوم أو YAG. تتمتع الليزرات الصلبة بكفاءة منخفضة جدًا ، وعادة ما تكون أقل من 1٪.
تعتبر مواد التسييل السائلة ، مثل أكسيد النيوديميوم ، أكثر كفاءة من الليزر الصلب في خرج طاقة النبضة.
وتشمل الغازات المستخدمة في عملية الليزر إزالة الهيدروجين والهليوم والنيتروجين والأرجون وثاني أكسيد الكربون. تتميز أشعة الليزر بأعلى إنتاج للطاقة ويمكن استخدامها كآلات ليزر مستمر بفعالية تصل إلى 25٪.
تشتمل مواد lasing ذات الحالة الصلبة على بلورات أحادية شبه موصل مثل الغاليوم و زرنيخيد الإنديوم وسبائك الكادميوم والسيلينيوم والكبريت. تتميز أشباه أشباه الموصلات بأنها صغيرة في الوزن ، منخفضة في استهلاك الطاقة ولديها كفاءة عالية تصل إلى 70٪.
لأغراض صناعية ، غالباً ما تستخدم مادة الليزرية الياقوتية. روبي هو أكسيد الألومنيوم مع ذرات الكروم إلى حد 0-05 ٪ في ذلك. قد يتكون الشكل العملي للليزر من قضيب من الياقوت 10 مم و 100 مم مع نهايات أرضية مصقولة بدقة واحدة منها 100٪ والثاني 98٪ عاكس.
يتم تحقيق ذلك عن طريق تلخيصها وفقًا لذلك. تنطلق أيونات الكروم مع كريستال الياقوت المنبثق بالإشعاع وعندما تتراكم شدة الإشعاع بالتصريف المتكرر ، يمر شعاع الليزر من الضوء أحادي اللون خلال نهاية أقل من عاكس الياقوت الذي يتم تركيزه من خلال عدسة إلى البقعة حيث تكون مطلوبة للحام. يوضح الشكل 2.45 ترتيب ليزر روبي. كفاءة ليزر الياقوتي منخفضة جدًا بنسبة 01٪. تستخدم على نطاق واسع من ليزر الياقوت هذا كأداة لحام.
مدة نبضة الليزر قصيرة ، من 10 إلى 9 ثوانٍ. ويتحقق ذلك عن طريق تفريغ مصرف من المكثفات من خلال أنبوب فلاش Xenon. يتم تنشيط أنبوب الفلاش بتهمة 18 kv. شعاع الليزر ، وبالتالي ، يتم الحصول عليها في البقول. من الممكن أن يكون هناك عدد كبير من مصارف المكثفات لجعل فلاش مصباح الزينون مستمرًا ولكن قضيب روبي ونظام الانعكاس يحصلان على الكثير من السخونة بحيث لا يمكن الاحتفاظ بهما في حدود عملياتهما.
حتى مع التبريد الأكثر كفاءة ، يصعب الحصول على نبضات أكثر من 100 في الدقيقة. تردد تكرار النبضات (PRF) لليزر الياقوتي هو عادة حوالي 10-15. وبالتالي يتم إهدار معظم طاقة الضخ في شكل حرارة. ومع ذلك ، وبغض النظر عن مخرجات الطاقة المنخفضة ، يمكن الاستفادة منها في اللحام لأنه يتم الحصول على تركيز عالي جدًا للطاقة يبلغ 10 9 وات / مم 2 .
مصباح قوس الزينون هو مصباح مصنوع من كوارتز شفاف بصري مع قطبين من التنغستن محاطين به. في وضع إيقاف التشغيل ، يكون ضغط الزينون في المصباح 10 جو. يتم توفير الطاقة لمصباح الزينون من مصدر التيار المستمر مع عدم وجود فولطية تحميل تصل إلى 70 فولت على الأقل وميزة ممتدة من فولط الأمبير. يمكن تشغيل مصابيح قوس زينون بشكل مستمر لمئات الساعات.
الليزر الأكثر فائدة في اللحام هو ليزر ثاني أكسيد الكربون الذي يكون فيه وسط الليزر هو خليط من CO 2 ، و nitrogen ، و الهليوم بنسبة 1: 1: 10 عند ضغط 20 إلى 50 torr (mm of mercury) مع تفريغ كهربائي يصل إلى 30،000 فولت. يمكن أن يعمل ليزر ثاني أكسيد الكربون بشكل مستمر بإنتاج يصل إلى 20 كيلو واط. يتكون شعاع الليزر من الأشعة تحت الحمراء مع طول موجة من 1.06 ميكرومتر أي 106،00A درجة (1 Angstrom ، A = 10-10 م).
يتكون ليزر ثاني أكسيد الكربون من أنبوب زجاجي يتدفق فيه خليط الغاز النازف. هناك قطب كهربائي واحد في كل من الطرفين اللذين يتم فيهما تصريف جهد عالي. مثل الليزر الصلب يوجد عاكس واحد في كل من النهايتين - واحدة منها تنعكس جزئياً. يسمى الفضاء بين العاكسين تجويف الليزر. يتم تركيز شعاع الليزر المنبعث من خلال سطح نصف عاكس على البقعة المطلوبة كما هو موضح في الشكل 2.46.
لحام شعاع الليزر هو أكثر تنوعا من حزمة EBW في أنه يمكن لحام المعادن في الهواء ، في درع الغاز ، وفي الفراغ. ويمكن أيضا أن لحام من خلال مواد شفافة مثل شعاع الليزر لا يعرقل بها. في الوقت الحاضر ، تم استخدام شعاع الليزر بنجاح في ألواح اللحام بسماكة تصل إلى 10 ملم.
ومن الناحية التجارية ، يجد اللحام بالليزر استخدامًا في هندسة الراديو والإلكترونيات حيث غالباً ما تكون الأسلاك الدقيقة متصلة بأفلام على لوحات الدوائر الصغرى ودوائر الحالة الصلبة والوحدات الدقيقة. يمكن لشعاع الليزر اللحام بمعظم تركيبات المعادن المتنوعة المستخدمة في الإلكترونيات الدقيقة مثل الذهب والسيليكون والجرمانيوم والذهب والنيكل والتنتالوم والنحاس والألمنيوم. ومن المتوقع أيضًا أن يتم استخدامها في العمل عالي الجودة الدقيق كما هو الحال في صناعة الطيران وتطبيقات الإنتاج الضخم عالي السرعة كما هو الحال في صناعة السيارات.
نموذجياً ، تم استخدام اللحام بالليزر بنجاح في لحام الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك التيتانيوم حيث تم إنتاج اللحامات ذات الجودة العالية بألواح سماكة من 0-1 إلى 2 مم. تم العثور على اللحامات لتكون فراغ ضيق وقوة 90 ٪ من المعدن الأم. تم استخدام سرعات اللحام بين 10 إلى 15 متر / ساعة للحام بالليزر.
على الرغم من أن اللحام بالليزر له إمكانات عالية ومن المتوقع أن يتنافس مع EBW في المستقبل القريب ، إلا أن الليزر ذو الطاقة العالية حاليًا هو جهاز نادر ومكلفة للغاية.
