چگونه از تکنولوژی Nd : YAG در جوش لیزری بهره ببریم؟
توضیح کلی درباره Nd : YAG و جوش لیزری
تکنولوژی Nd : YAG در جوشکاری لیزری به دلیل دقت بالا سرعت بالا و کیفیت جوش بهینه به عنوان یکی از روش های پیشرفته جوشکاری در صنایع مختلف به کار می رود. لیزر Nd : YAG از بلور نئودیمیم-یاگ (Yttrium Aluminium Garnet) به عنوان ماده فعال استفاده می کند و طول موجی حدود ۱۰۶۴ نانومتر تولید می کند که در طیف مادون قرمز قرار دارد.
این تکنولوژی قابلیت جوشکاری فلزات با ضخامت های مختلف حتی در نقاطی با دسترسی محدود را فراهم می کند. در ادامه اصول عملکرد اجزای اصلی کاربردهای صنعتی و مثال های عملی این تکنولوژی را شرح می دهیم.
اصول عملکرد جوشکاری Nd : YAG
در تکنولوژی جوشکاری Nd : YAG موارد زیر حائز اهمیت است :
- تولید پرتو لیزر
پرتو لیزر Nd : YAG از طریق تحریک بلور نئودیمیم-یاگ توسط یک منبع نور (مانند فلش لامپ یا دیود) تولید می شود. - متمرکز شدن پرتو
پرتو لیزر تولیدشده توسط لنزهای خاصی بر یک نقطه کوچک متمرکز می شود تا انرژی مورد نیاز برای ذوب موضعی فلز تأمین گردد. - جذب انرژی توسط ماده
انرژی لیزر با برخورد به سطح فلز جذب شده و دمای نقطه ای بسیار بالا ایجاد می کند که منجر به ذوب و اتصال دو قطعه می شود. - خنک سازی سریع
پس از اتمام جوش فلز به سرعت خنک شده و یک اتصال یکنواخت و محکم تشکیل می دهد.
اجزای اصلی سیستم جوش لیزری Nd : YAG
| جزء | کارکرد |
| منبع لیزر Nd : YAG | تولید پرتو لیزر با طول موج ۱۰۶۴ نانومتر |
| سیستم اپتیکی (لنزها) | متمرکز کردن پرتو لیزر بر نقطه جوش |
| کنترلر و نرم افزار | کنترل دقیق پارامترها مانند توان و زمان |
| محفظه خنک کننده | خنک سازی بلور و جلوگیری از گرم شدن |
| میزکار CNC | جابجایی دقیق قطعه برای جوشکاری |
کاربردهای صنعتی جوش لیزری Nd : YAG
صنایع خودروسازی
در تولید قطعات دقیق و نازک مانند بدنه خودرو و قطعات موتور جوشکاری لیزری Nd : YAG استفاده می شود. این روش به دلیل دقت بالا و سرعت در جوشکاری قطعات کوچک با ضخامت های کم کاربرد دارد.
مثال : جوشکاری ورق های فولادی ضدزنگ در مجموعه اگزوز خودرو.
صنایع الکترونیک
در جوشکاری قطعات کوچک الکترونیکی و اتصالات حساس که نیاز به دقت بالایی دارند Nd : YAG گزینه مناسبی است.
مثال : جوشکاری بردهای الکترونیکی و سیم های نازک مسی.
صنعت هوافضا
در صنایع هوافضا قطعاتی مانند پره های موتور و قطعات حساس با دقت بالایی جوش داده می شوند.
مثال : جوشکاری آلیاژهای تیتانیوم در پره های موتور جت.
صنایع پزشکی
در تولید تجهیزات پزشکی مانند ابزارهای جراحی و ایمپلنت ها نیاز به اتصالات قوی و دقیق وجود دارد.
مثال : جوشکاری ایمپلنت های ارتوپدی از جنس تیتانیوم.
مزایای تکنولوژی Nd : YAG در جوشکاری لیزری
- دقت بسیار بالا
توانایی جوشکاری قطعات با ابعاد بسیار کوچک. - سرعت جوشکاری بالا
کاهش زمان تولید و افزایش بهره وری. - اتصالات یکنواخت و محکم
به دلیل ذوب کنترل شده و خنک سازی سریع. - عدم آسیب به محیط اطراف جوش
پرتو لیزر فقط بر نقطه موردنظر متمرکز می شود. - قابلیت جوشکاری فلزات سخت و دیرگداز
مناسب برای موادی مانند فولاد ضدزنگ آلومینیوم و تیتانیوم.
متداول‌ترین عیوب جوشکاری با دستگاه لیزر Nd : YAG
در فرآیند جوشکاری با لیزر Nd:YAG به دلیل تمرکز شدید انرژی در سطح کوچک و سرعت بالای ذوب ممکن است عیوب متداول زیر (متداول‌ترین عیوب جوشکاری با دستگاه لیزر) رخ دهد:
- سوراخ‌دار شدن (Porosity): نفوذ گازها یا بخارات در حوضچه مذاب و سرد شدن سریع می‌تواند حباب‌های ریز و تخلخل در جوش ایجاد کند.
- ترک خوردگی (Cracking): تمرکز حرارتی بالا و تنش‌های داخلی ناشی از انجماد سریع ممکن است موجب ایجاد ترک خوردگی یعنی ترک‌های سطحی یا درون‌مرزی در جوش شود.
- عدم نفوذ کافی (Incomplete Penetration): تنظیم نامناسب توان لیزر سرعت جوش و موقعیت کانون پرتو می‌تواند باعث عدم ذوب کامل در ضخامت قطعه و نفوذ ناکافی شود.
- پاشش (Spatter): در اثر تبخیر ناگهانی و آزاد شدن بخار یا حباب‌های گاز ذرات مذاب به اطراف پاشیده می‌شوند که می‌تواند کیفیت سطحی جوش را کاهش دهد.
- اعوجاج (Distortion): گرمای متمرکز و خنک شدن سریع ممکن است باعث تغییر شکل قطعه و اعوجاج ناحیه جوش شود خصوصاً در قطعات با ضخامت کم.
- ترک‌های ریز (Micro Cracks): به‌دلیل سرد شدن سریع یا ناخالصی‌های موجود در حوضچه مذاب ممکن است ترک‌های بسیار ریز در منطقه جوش شکل بگیرد.
برای کاهش این عیوب کنترل دقیق پارامترهای لیزر (توان فرکانس پالس مدت پالس) سرعت جوشکاری استفاده از گازهای محافظ مناسب و آماده‌سازی صحیح سطح قطعه ضروری است.
نکات فنی مهم در استفاده از تکنولوژی Nd : YAG
- تنظیم توان لیزر
بسته به ضخامت و نوع فلز باید توان لیزر به درستی تنظیم شود. - حفظ تمرکز پرتو
استفاده از لنزهای مناسب برای جلوگیری از پراکندگی پرتو. - کنترل حرارت
خنک کننده ها باید به خوبی کار کنند تا از داغ شدن بیش از حد سیستم جلوگیری شود. - ایمنی اپراتور
استفاده از عینک مخصوص لیزر و اقدامات ایمنی برای حفاظت اپراتور.
تجربه شخصی در خرید و استفاده از Nd : YAG
چند سال پیش در پروژه ای صنعتی نیاز به جوشکاری قطعات آلومینیومی داشتیم که روش های سنتی کارآمد نبودند. پس از تحقیق و بررسی یک دستگاه جوش لیزری Nd : YAG تهیه کردیم. تجربه ما در استفاده از این تکنولوژی واقعاً شگفت انگیز بود. دقت و کیفیت جوش به حدی بالا بود که بهره وری خط تولید ما تا ۳۰ درصد افزایش یافت.
نکته مهم این بود که در ابتدا اپراتورها نیاز به آموزش تخصصی داشتند تا بتوانند از تمام ظرفیت دستگاه استفاده کنند.
نتیجه گیری
تکنولوژی Nd : YAG در جوشکاری لیزری یک روش پیشرفته و کارآمد برای ایجاد اتصالات دقیق و قوی در صنایع مختلف است. استفاده از این تکنولوژی نه تنها کیفیت جوش را بهبود می بخشد بلکه زمان تولید و هزینه های جانبی را کاهش می دهد. با رعایت نکات فنی و ایمنی این روش می تواند تحولی شگرف در خطوط تولید شما ایجاد کند.
منبع مقاله : تریبون اقتصاد
پرسش و پاسخ
۱. آیا جوشکاری Nd : YAG برای فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم مناسب است؟
بله تکنولوژی Nd : YAG به خوبی می تواند فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم و تیتانیوم را جوش دهد.
۲. چه عواملی بر کیفیت جوش لیزری تأثیر می گذارند؟
تنظیم توان لیزر تمرکز دقیق پرتو و خنک سازی مناسب از مهم ترین عوامل هستند.
۳. آیا استفاده از لیزر Nd : YAG ایمنی لازم را دارد؟
بله با رعایت دستورالعمل های ایمنی و استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند عینک لیزر ایمنی تضمین می شود.
