جوشکاری لیزری CO2: راهنمای جامع + مزایا، معایب و کاربردها

جوشکاری لیزری CO2، اتصال دقیق و کارآمد برای طیف وسیعی از مواد

جوشکاری لیزری CO2 یکی از روش های پرکاربرد جوشکاری با استفاده از پرتو لیزر است که به دلیل دقت، سرعت و کیفیت بالا، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. این روش، به ویژه برای جوشکاری فلزات نازک و مواد غیرفلزی مناسب است. در این مقاله، به بررسی جامع جوشکاری لیزری CO2، اصول عملکرد، مزایا و معایب، کاربردها، پارامترهای کلیدی، نکات ایمنی و مقایسه آن با سایر روش های جوشکاری می پردازیم. لازم به توضیح است، جهت خرید دستگاه جوش لیزری صنعتی، میتوانید از شرکت کارا ولدینگ پایا که اولین شرکت تخصصی در زمینه ارائه و فروش انواع دستگاه های جوش لیزری صنعتی می باشد بهره ببرید که ما این شرکت را به شما پیشنهاد میدهیم و همچنین میتوانید برای مشاوره و اخذ اطلاعات بیشتر در خصوص این دستگاه ها به «تماس با ما» این شرکت مراجعه و سوالات خود را مطرح کنید و اطلاعات جامع و کامل خود را دریافت نمایید.

جوشکاری لیزری CO2 چیست؟

جوشکاری لیزری CO2 یک فرآیند جوشکاری ذوبی است که در آن از پرتو لیزر CO2 به عنوان منبع حرارتی برای ذوب و اتصال مواد استفاده می شود. در این روش، پرتو لیزر با توان بالا و تمرکز فوق العاده بر روی نقطه کوچکی از ماده تابانده می شود و باعث ذوب شدن سریع آن می گردد. با حرکت پرتو لیزر در امتداد مسیر جوش، مواد مذاب با یکدیگر ترکیب شده و پس از سرد شدن، یک اتصال دائمی و مستحکم را تشکیل می دهند.

اصول عملکرد لیزر CO2: نگاهی به درون دستگاه

لیزر CO2 از گاز دی اکسید کربن (CO2) به عنوان ماده فعال برای تولید پرتو لیزر استفاده می کند. این گاز معمولاً با گازهای دیگری مانند نیتروژن و هلیوم ترکیب می شود تا راندمان و پایداری لیزر افزایش یابد.

مراحل عملکرد لیزر CO2 به طور خلاصه:

1. تخلیه الکتریکی: با اعمال ولتاژ بالا به مخلوط گازی درون تیوب لیزر، یک تخلیه الکتریکی ایجاد می شود.
2. تحریک مولکول ها: این تخلیه الکتریکی باعث تحریک مولکول های CO2 و انتقال آن ها به سطح انرژی بالاتر می شود.
3. گسیل القایی: هنگامی که مولکول های CO2 تحریک شده به حالت پایه بازمی گردند، فوتون های نور مادون قرمز با طول موج 6 میکرومتر آزاد می کنند.
4. تقویت نور: فوتون های آزاد شده توسط آینه هایی که در دو سر تیوب لیزر قرار دارند، بارها بازتاب داده می شوند و نور لیزر تقویت می شود.
5. خروج پرتو لیزر: بخشی از نور لیزر از طریق یک آینه نیمه شفاف از تیوب لیزر خارج شده و به سمت هد جوشکاری هدایت می شود.
6. تمرکز پرتو: در هد جوشکاری، یک لنز مخصوص پرتو لیزر را بر روی نقطه کوچکی متمرکز می کند.

مزایای جوشکاری لیزری CO2

• دقت بالا: جوشکاری لیزری CO2 می تواند جوش های بسیار ظریف و دقیقی را با حداقل اعوجاج ایجاد کند.
• سرعت بالا: جوشکاری لیزری CO2 می تواند با سرعت بالایی انجام شود که این امر باعث افزایش بهره وری و کاهش زمان تولید می شود.
• کیفیت عالی جوش: جوش های ایجاد شده با لیزر CO2 معمولاً دارای استحکام بالا، تخلخل کم و ظاهر بسیار تمیز و یکنواخت هستند.
• حداقل منطقه متاثر از حرارت (HAZ): به دلیل تمرکز بالای انرژی لیزر، ناحیه متاثر از حرارت در جوشکاری لیزری CO2 بسیار کوچک است. این امر باعث کاهش اعوجاج و تنش های پسماند در قطعه کار می شود.
• قابلیت جوشکاری مواد مختلف: لیزر CO2 می تواند برای جوشکاری طیف وسیعی از مواد از جمله فلزات نازک، پلاستیک ها، چوب، پارچه و … استفاده شود.
• قابلیت اتوماسیون: فرآیند جوشکاری لیزری CO2 به راحتی می تواند خودکار شود و در خطوط تولید انبوه مورد استفاده قرار گیرد.
• عدم نیاز به الکترود یا سیم جوش (در بسیاری از موارد): که باعث کاهش هزینه های مواد مصرفی می شود.

معایب و محدودیت های جوشکاری لیزری CO2

• هزینه اولیه بالا: دستگاه های جوش لیزری CO2 معمولاً گران قیمت هستند.
• نیاز به نگهداری و تعمیرات تخصصی: لیزرهای CO2 نیاز به نگهداری و تعمیرات دوره ای توسط متخصصان دارند. تیوب لیزر CO2 عمر محدودی دارد و باید به طور منظم تعویض شود.
• محدودیت در جوشکاری برخی از فلزات: لیزرهای CO2 برای جوشکاری فلزات ضخیم و فلزات با بازتابش بالا (مانند مس و آلومینیوم) چندان مناسب نیستند.
• مصرف برق بالا: دستگاه های لیزر CO2 معمولاً مصرف برق بالایی دارند.
• کیفیت پرتو پایین تر نسبت به لیزر فایبر:

کاربردهای جوشکاری لیزری CO2

جوشکاری لیزری CO2 در صنایع مختلفی کاربرد دارد، از جمله:

• صنعت خودروسازی: جوشکاری قطعات بدنه خودرو، قطعات داخلی و …
• صنعت الکترونیک: جوشکاری قطعات ریز و حساس الکترونیکی
• صنعت بسته بندی: جوشکاری و برش مواد بسته بندی
• صنعت هوافضا: جوشکاری قطعات با ضخامت کم
• صنایع پزشکی
• ساخت قطعات صنعتی
• صنایع تبلیغاتی و تابلو سازی

پارامترهای کلیدی در جوشکاری لیزری CO2

کیفیت جوش لیزری CO2 به پارامترهای مختلفی بستگی دارد که باید به دقت تنظیم شوند:

• توان لیزر (Laser Power): مقدار انرژی لیزر که بر روی قطعه کار تابانده می شود. توان لیزر بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود و با ضخامت و نوع ماده رابطه مستقیم دارد.
• سرعت جوشکاری (Welding Speed): سرعت حرکت هد لیزر بر روی قطعه کار. سرعت جوشکاری باید با توان لیزر و نوع ماده تنظیم شود.
• فاصله کانونی (Focal Length): فاصله بین لنز و قطعه کار که بر روی تمرکز پرتو لیزر تاثیر می گذارد. تنظیم دقیق فاصله کانونی برای دستیابی به بهترین کیفیت جوش ضروری است.
• نوع و فشار گاز محافظ (Shielding Gas): 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 (Waveform): لیزر CO2 می تواند به صورت پیوسته (CW) یا پالسی (Pulsed) باشد.

تجهیزات و ملزومات جوشکاری لیزری CO2

برای انجام جوشکاری لیزری CO2، علاوه بر دستگاه لیزر، به تجهیزات و ملزومات دیگری نیز نیاز است:

• سیستم خنک کننده (چیلر): برای خنک نگه داشتن تیوب لیزر و سایر قطعات دستگاه.
• سیستم تغذیه گاز محافظ: برای تامین گاز محافظ مورد نیاز.
• سیستم مکش دود و ذرات: برای حذف دود و ذرات مضر حاصل از جوشکاری.
• تجهیزات ایمنی: عینک محافظ مخصوص لیزر، لباس محافظ، دستکش و …

نکات ایمنی در جوشکاری لیزری CO2

• همیشه از عینک محافظ مخصوص لیزر CO2 استفاده کنید.
• از لباس محافظ مناسب استفاده کنید.
• در محیطی با تهویه مناسب کار کنید.
• 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.

بیشتر بخوانید: جوش لیزری در مقابل روش های جوشکاری نوین دیگر

آینده جوشکاری لیزری CO2

اگرچه لیزرهای فایبر در بسیاری از کاربردها جایگزین لیزرهای CO2 شده اند، اما لیزرهای CO2 همچنان به دلیل قیمت مناسب تر و قابلیت جوشکاری برخی مواد خاص، در برخی از صنایع کاربرد دارند. پیشرفت های اخیر در تکنولوژی لیزر CO2، مانند تیوب های لیزر RF، باعث بهبود کیفیت پرتو، افزایش طول عمر و کاهش هزینه های نگهداری این نوع لیزر شده است.

نتیجه گیری: جوشکاری لیزری CO2، انتخابی مطمئن برای اتصالاتی دقیق

جوشکاری لیزری CO2 یک روش جوشکاری پیشرفته و کارآمد است که مزایای زیادی نسبت به روش های سنتی دارد. این روش به ویژه برای جوشکاری فلزات نازک و مواد غیرفلزی مناسب است و در صنایع مختلفی کاربرد دارد. با این حال، هزینه اولیه بالا و نیاز به نگهداری و تعمیرات تخصصی از جمله محدودیت های این روش هستند. با در نظر گرفتن مزایا و معایب و رعایت نکات ایمنی، می توانید از جوشکاری لیزری CO2 برای ایجاد اتصالات دقیق، مستحکم و با کیفیت بالا بهره مند شوید.

 

سوالات متداول:

1. چه فلزاتی را می توان با لیزر CO2 جوشکاری کرد؟

لیزرهای CO2 معمولاً برای جوشکاری فلزات نازک مانند فولاد کربنی با ضخامت کم مناسب هستند. جوشکاری فلزات با بازتابش بالا مانند آلومینیوم و مس با لیزر CO2 دشوارتر است و ممکن است نیاز به توان بالاتر و تکنیک های خاص داشته باشد. برای جوشکاری فلزات ضخیم و فلزات با بازتابش بالا، لیزر فایبر گزینه بهتری است.

2. آیا می توان از لیزر CO2 برای جوشکاری پلاستیک استفاده کرد؟

بله، لیزر CO2 برای جوشکاری برخی از انواع پلاستیک ها مناسب است. اما باید توجه داشت که همه پلاستیک ها به لیزر CO2 واکنش یکسان نشان نمی دهند و ممکن است برخی از آن ها در اثر حرارت لیزر بسوزند یا تغییر شکل دهند. قبل از جوشکاری پلاستیک با لیزر CO2، باید نوع پلاستیک و مناسب بودن آن برای این کار را بررسی کنید.

3. آیا جوشکاری لیزری CO2 به گاز محافظ نیاز دارد؟

بله، در بسیاری از موارد جوشکاری لیزری CO2، به ویژه برای جوشکاری فلزات، استفاده از گاز محافظ برای جلوگیری از اکسید شدن فلز مذاب و ایجاد جوش با کیفیت بالا ضروری است. نوع گاز محافظ با توجه به نوع فلز و فرآیند جوشکاری انتخاب می شود. گازهای رایج عبارتند از آرگون، هلیوم و نیتروژن.

4. عمر مفید تیوب لیزر CO2 چقدر است؟

عمر مفید تیوب لیزر CO2 به کیفیت تیوب، میزان استفاده از دستگاه و شرایط نگهداری آن بستگی دارد. به طور متوسط، عمر مفید یک تیوب لیزر CO2 بین 1000 تا 10000 ساعت کاری است. با گذشت زمان، توان خروجی تیوب لیزر کاهش می یابد و در نهایت نیاز به تعویض پیدا می کند.

5. آیا جوشکاری لیزری CO2 خطرناک است؟

بله، مانند هر نوع لیزر صنعتی دیگری، جوشکاری لیزری CO2 نیز می تواند خطرناک باشد اگر نکات ایمنی رعایت نشود. پرتو لیزر می تواند باعث آسیب جدی به چشم و پوست شود. بنابراین، استفاده از عینک محافظ مخصوص لیزر، لباس محافظ مناسب و رعایت سایر دستورالعمل های ایمنی ضروری است. همچنین، محیط کار باید دارای تهویه مناسب باشد تا از تجمع دود و گازهای مضر جلوگیری شود.