فناوری‌های کلیدی در دستگاه‌های جوشکاری لیزری

فیبر لیزر جوشکاری سیستم ها

جوشکاری لیزری فیبر با استفاده از الیاف نوری همراه با مواد خاص کمیاب انجام می‌شود، که این امر باعث بهبود کیفیت پرتو و صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود. این سیستم‌ها در اتصال ورق‌های فلزی نازک به خوبی عمل می‌کنند و ایجاد جوش‌های محکمی می‌کنند که باعث تغییر شکل کمی از ماده در حین فرآیند می‌شود. یکی از مزایای مهم برای بسیاری از کارخانه‌ها این است که لیزر فیبری معمولاً نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر لیزر ارزان‌تر است، به همین دلیل در بخش‌های مختلفی از جمله صنایع خودرو و الکترونیک محبوب شده است. این فناوری اخیراً پیشرفت‌های زیادی داشته است و امکان پردازش سریع‌تر و دقت بسیار بالاتری فراهم شده است، به همین دلیل است که بسیاری از کارخانه‌ها به سیستم‌های لیزری فیبری برای نیازهای تولیدی خود روی می‌آورند.

تصویر

• فیبر لیزر جوشکاری سیستم ها

CO2 لیزر جوشکاری سیستم‌های

سیستم‌های جوشکاری با لیزر CO2 در حالی که چندین دهه است به کار می‌روند، شناخته شده‌اند که قدرت زیادی را فراهم می‌کنند و با انواع مواد مختلف کار می‌کنند. نحوه عملکرد این لیزرها در طول موج‌های خاص، به این معناست که جذب آنها توسط موادی مانند پلاستیک و سرامیک بسیار خوب است و این موضوع آنها را در کاربردهای مختلف بسیار انعطاف‌پذیر می‌کند. البته لیزرهای فیبری شروع به گرفتن جایگاه در برخی حوزه‌ها کرده‌اند، اما بسیاری از کارگاه‌ها همچنان به CO2 وفادار مانده‌اند، چرا که هزینه‌های اولیه آنها زمانی که بودجه مهم‌تر از عملکرد بالا است، معقول‌تر به نظر می‌رسد. همچنین تولیدکنندگان همواره راه‌هایی برای بهینه‌سازی این سیستم‌ها پیدا می‌کنند، مانند تنظیم فاصله کانونی برای به دست آوردن نتایج بهتر از همان تجهیزات. این نوع انعطاف‌پذیری باعث می‌شود لیزرهای CO2 همچنان در مقابل ظهور فناوری‌های جدید مرتبط باقی بمانند.

تصویر

• CO2 لیزر جوشکاری سیستم‌های

سیستم‌های جوشکاری لیزری Nd:YAG

لیزرهای Nd:YAG که مخفف Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet است، از لحاظ تنوع کاربرد برجسته هستند. پرتو قدرتمند آنها باعث می‌شود تا در محیط‌های پزشکی و همچنین مواردی که دقت بسیار بالا مورد نیاز است، عملکرد بسیار خوبی داشته باشند. در مقایسه با لیزرهای CO2، این دستگاه‌ها به‌طور کلی نیاز به نگهداری کمتری دارند در حالی که همچنان در اتصال فلزات به یکدیگر کارایی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند. جوشکاری نقطه‌ای شاید شاید رایج‌ترین کاربرد آنها باشد، اما سازندگان صنایع مختلف این دستگاه‌ها را بسیار ارزشمند می‌دانند. به عنوان مثال، قطعات هوانوردی که به جوش‌های ریز نیاز دارند یا حتی آیتم‌های زیورآلات که دریافت کارهای تکمیلی را می‌کنند. دنیای تکنولوژی اخیراً بسیار پرکار بوده است. نسخه‌های قابل حمل از سیستم‌های Nd:YAG اکنون به تکنسین‌ها این امکان را می‌دهند تا این تجهیزات پیشرفته را مستقیماً به محل کار ببرند و تعمیرات را در مکان‌هایی انجام دهند که چند سال پیش غیرممکن به نظر می‌رسید.

تصویر

• سیستم‌های جوشکاری لیزری Nd:YAG

لیزر موج پیوسته در مقابل لیزر پالسی

لیزرهای موج پیوسته یک پرتو ثابت نور تولید می‌کنند که برای کارهایی که به گرمای زیادی نیاز دارند، مانند جوشکاری ورق‌های ضخیم فلزی، بسیار خوب عمل می‌کنند. از سوی دیگر، لیزرهای پالسی انرژی خود را به صورت تکه‌های کوتاه و سریع آزاد می‌کنند که این امر آن‌ها را برای کار روی مواد نازک‌تر یا اشکال پیچیده‌ای که گرمای زیاد می‌تواند مشکل‌ساز شود، مناسب‌تر می‌کند. انتخاب لیزر مناسب تفاوت زیادی در ظاهر جوش، عمق آن و همچنین سرعت کلی فرآیند ایجاد می‌کند. بیشتر تولیدکنندگان این موضوع را از تجربه می‌دانند، چون استفاده از تنظیم نادرست لیزر می‌تواند به هدر رفتن زمان و هزینه منجر شود. به همین دلیل است که شرکت‌ها امروزه وقت زیادی را صرف می‌کنند تا دقیقاً مشخص کنند موادشان چه نیازهایی دارند، قبل از اینکه تصمیمی نسبت به خرید بگیرند.

تصویر

• لیزر موج پیوسته در مقابل لیزر پالسی

فرآیندها و پیکربندی‌های تخصصی جوشکاری

جوشکاری هدایتی برای کاربردهای دقیق

جوشکاری هدایتی در کار با مواد نازک به خوبی عمل می‌کند، چرا که گرما را به تدریج پخش می‌کند، به جای اینکه تمام آن را در یک نقطه متمرکز کند. چیزی که این روش را خوب می‌کند این است که منطقه تحت تأثیر گرما کوچکتری ایجاد می‌کند، بدین معنی که مواد اولیه حتی در عملیات حساس نیز بدون آسیب باقی می‌مانند. ما این روش را در بخش‌های مختلفی از جمله تولید الکترونیک و قطعات هواپیما به کار گرفته می‌شود، جایی که حفظ سالم بودن قطعات اهمیت بیشتری دارد. طبق گزارش‌های منتشر شده از سوی چندین تولیدکننده در سال گذشته، تغییر روش‌ها به روش‌های دقیق مانند جوشکاری هدایتی در واقع کیفیت خروجی قطعات شکننده را حدود 15 درصد افزایش می‌دهد. به همین دلیل، بسیاری از کارخانه‌های پیشرفته اکنون این روش را تقریباً ضروری برای خطوط تولید خود می‌دانند.

جوشکاری کلیدی برای نفوذ عمیق

جوشکاری کلیدی به این صورت انجام می‌شود که یک پرتو لیزر بسیار متمرکز مستقیماً به داخل ماده هدایت می‌شود و شکل مشخصه کلیدی ایجاد می‌کند که نفوذ عمیق‌تری را در حین فرآیند جوشکاری امکان‌پذیر می‌سازد. این تکنیک در کار با مواد ضخیم‌تر به خوبی عمل می‌کند و به همین دلیل گزینه‌ای پرکاربرد در صنایع سنگین مانند کارخانه‌های ساخت کشتی و پروژه‌های خطوط لوله است. آنچه این روش را متمایز می‌کند، سرعت بالای آن است که در عین حال نتایج بهتری نسبت به روش‌های سنتی فراهم می‌کند. برخی مطالعات نشان می‌دهند که این روش می‌تواند تا حدود 30 درصد بازدهی کلی را افزایش دهد، هرچند میزان بهبود واقعی به چندین عامل بستگی دارد. رسیدن به نتایج خوب در جوشکاری کلیدی نیازمند آگاهی دقیق از تنظیمات مناسب برای پارامترهایی مانند قطر پرتو، سرعت حرکت و خصوصیات ماده مورد استفاده است. بسیاری از کارگاه‌ها متوجه می‌شوند که قبل از یافتن نقطه بهینه برای کاربردهای مختلف، نیاز به آزمایش‌های زیادی دارند.

سیستم‌های جوشکاری لیزری-قوسی هیبریدی

جوشکاری لیزری-قوسی هیبریدی، تکنولوژی لیزر را با روش‌های سنتی جوشکاری قوسی ترکیب می‌کند و فرآیندی را ایجاد می‌کند که به خوبی روی مواد ضخیم‌تر عمل می‌کند. این تکنیک در واقع سرعت جوشکاری را افزایش داده و نفوذ بهتری به داخل فلزات ایجاد می‌کند و در کل باعث اعوجاج کمتری می‌شود. به همین دلیل است که بسیاری از تولیدکنندگان خودرو و کارخانه‌های ساخت کشتی شروع به به کارگیری این روش کرده‌اند. برخی آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهند که این سیستم‌های هیبریدی می‌توانند در برخی کاربردها به بازدهی اتصالات بالای 90 درصد دست یابند که در پروژه‌های صنعتی بزرگ تفاوت بسزایی ایجاد می‌کند. با نگاهی به آنچه در تولید امروز اتفاق می‌افتد، شواهد در حال افزایش نشان می‌دهند که این سیستم‌های هیبریدی در مقایسه با روش‌های مرسوم، مزایای واقعی را در انجام کارها سریع‌تر و بدون compromise کیفیت در انواع کارهای ساخت و ساز فراهم می‌کنند.

کاربردها و نوآوری‌های مخصوص صنعت

جوشکاری باتری و قطعات خودرو

تولیدکنندگان خودرو واقعاً در مورد استفاده از جوشکاری لیزری برای مونتاژ باتری‌ها و سایر قطعات سازه‌ای جدی‌تر شده‌اند، چون این روش به مراتب بهتر از روش‌های سنتی عمل می‌کند. لیزرهای فیبری به ویژه به حفظ روند هموار تولید کمک می‌کنند و در عین حال استانداردهای ایمنی مهم را رعایت می‌کنند. نکته‌ای که این سیستم‌های لیزری پیشرفته را متمایز می‌کند، کاهش آسیب‌های حرارتی به قطعات است، چیزی که در مورد مواد باتری‌های ظریف بسیار مهم است. ما نتایج قابل توجهی را نیز از سیستم‌های اتوماتیک جدیدی که اخیراً وارد کارخانه‌ها شده‌اند، شاهد بوده‌ایم. یک کارخانه اخیراً گزارش داده است که زمان تولید به میزان یک چهارم کاهش یافته است، تنها از زمان انتقال به این سیستم‌های لیزری به‌روزرسانی‌شده. با بررسی این پیشرفت‌ها مشخص می‌شود که چرا جوشکاری لیزری در دنیای امروز تولید خودرو اهمیت بسیار زیادی پیدا کرده است. این امر کاملاً منطقی است، اگر شرکت‌ها بخواهند کیفیت برجسته را حفظ کنند و در عین حال ایمنی کارکنان خود را در مجاورت این بسته‌های باتری قدرتمند تضمین نمایند.

راه‌حل‌های چسباندن ساختاری هوافضا

جوشکاری لیزری در تولیدات هوافضایی که دقت امری اساسی است، ضروری شده است. هنگام کار با فلزات سبک وزن مانند آلومینیوم و تیتانیوم، فناوری لیزر واقعاً برجسته است، زیرا اعوجاج را به حداقل می‌رساند و قطعات را از نظر ابعادی دقیق نگه می‌دارد. بر اساس گزارش‌های اخیر از بازار، بسیاری از شرکت‌ها به سیستم‌های لیزری تغییر مسیر داده‌اند تا به طور خاص وزن قطعات را کاهش دهند که این امر مستقیماً به بهبود مصرف سوخت هواپیماها منجر می‌شود. نکته جالب توجه این است که پیشرفت‌های اتوماسیون واقعاً چرخه‌های تولید را به طور قابل توجهی تسریع کرده است، بدون اینکه به کیفیت‌های سفت و سختی که مهندسی هوافضا را تعریف می‌کنند، آسیب برساند. این بهبودها تنها در سطح نظری نیستند، بلکه به تولیدکنندگان کمک می‌کنند تا مرزهای طراحی هواپیما را گسترش دهند و در عین حال کارایی‌های عملیاتی را حفظ کنند که برای شرکت‌های هواپیمایی و پیمانکاران دفاعی اهمیت دارد.

تکنیک‌های ریزجوشکاری دستگاه‌های پزشکی

در زمینه دستگاه‌های پزشکی، اتصال قطعات بسیار کوچک که نیازمند دقت بالا در ابعاد هستند، به شدت مبتنی بر جوشکاری میکرو است. روش‌های جوشکاری میکرو با لیزر، کمترین آسیب حرارتی را ایجاد می‌کنند که این موضوع زمانی اهمیت زیادی پیدا می‌کند که با موادی که به راحتی ذوب می‌شوند کار می‌کنیم. به تازگی شاهد بهبودهای تکنولوژیکی بوده‌ایم که امکان استفاده از گزینه‌های جوشکاری قابل حمل را فراهم کرده است، به طوری که تعمیرات را می‌توان مستقیماً در محل انجام داد بجای اینکه قطعات را برای تعمیر به کارخانه بازگرداند. گزارش‌های صنعتی نشان می‌دهند که به دلیل استفاده از این روش‌های لیزری جوشکاری، حدود 15 درصد افزایش در نرخ قابلیت اطمینان تجهیزات پزشکی رخ داده است، چیزی که اهمیت این روش‌ها را در پاسخگویی به استانداردهای سخت‌گیرانه امروزی فناوری‌های بهداشتی درمانی ثابت می‌کند. سازندگان تجهیزات پزشکی همواره راه‌های جدیدی برای به کارگیری این فناوری در محصولات مختلف پیدا می‌کنند و به طور مداوم در حال بهبود عملکرد یکنواخت و مداوم دستگاه‌های خود هستند.

این بخش‌ها قابلیت‌ها و کاربردهای منحصر به فرد جوشکاری لیزری را در صنایع مختلف نشان می‌دهند و نفوذ روبه رشد آن را در پیشرفت‌های تکنولوژیکی و بهره‌وری تولید برجسته می‌کنند.

معیارهای انتخاب و روندهای بازار

بررسی سازگاری مواد

انتخاب تکنولوژی جوشکاری با لیزر مناسب به شدت به دانستن نحوه واکنش مواد مختلف به طول موج‌های لیزری مختلف بستگی دارد. مواد به روش‌های متفاوتی در معرض لیزر واکنش نشان می‌دهند، بنابراین جوشکاران باید قبل از شروع کار عواملی مانند میزان بازتابندگی یک ماده و هدایت حرارتی آن را در نظر بگیرند. امروزه تقاضای بیشتری برای سیستم‌هایی دیده می‌شود که بتوانند چندین ماده را به‌صورت همزمان پردازش کنند، زیرا تولیدکنندگان انعطاف‌پذیری در محصولات خود را می‌خواهند. کارشناسان صنعت تأکید می‌کنند که تطبیق درست مواد می‌تواند عملکرد جوشکاری را تا حدود 30 درصد افزایش دهد، که این امر در مواقعی که کیفیت در خط تولید اهمیت بیشتری دارد، تفاوت واقعی ایجاد می‌کند.

نیازهای توان و ادغام با سی‌ان‌سی

دانستن اینکه یک دستگاه جوشکاری لیزری به چه میزان توان نیاز دارد، اهمیت زیادی دارد، زیرا اگر توان کافی نباشد، اتصالات جوش ایجاد شده به خوبی مقاومت لازم را نخواهند داشت. در زمینه اتوماسیون، ادغام سیستم‌های CNC تفاوت ایجاد می‌کند، به‌ویژه در جوشکاری‌های با حجم بالا که دقت نقش بسزایی دارد. گزارش‌های صنعتی نشان می‌دهند که کارگاه‌هایی که از CNC همراه با لیزر استفاده می‌کنند، معمولاً بهبودهایی را در سرعت و دقت مشاهده می‌کنند، به‌طوری که گاهی زمان تولید تا حدود 40٪ کاهش می‌یابد. با اینکه تولیدکنندگان به سمت ایجاد کارخانه‌های هوشمند حرکت می‌کنند، این روزها استفاده از فناوری‌های CNC را بیشتر و بیشتر به‌عنوان راهکاری برای اجرای روان‌تر فرآیندها و کاهش هزینه‌ها در تمامی بخش‌ها در نظر می‌گیرند. امروزه بسیاری از واحدهای صنعتی این روش را یک روش استاندارد به‌جای یک گزینه اختیاری می‌دانند.

کاربردهای هوش مصنوعی و اتوماسیون نوظهور

در روزهای اخیر، تعداد بیشتری از تولیدکنندگان به استفاده از خودکارسازی و هوش مصنوعی در عملیات جوشکاری لیزری خود پرداخته‌اند. این فناوری‌ها به افزایش کارایی در صنایع مختلف کمک می‌کنند. زمانی که هوش مصنوعی در فرآیند جوشکاری دخیل می‌شود، امکان نظارت مداوم و انجام تنظیمات سریع در صورت نیاز فراهم می‌گردد، که این امر به معنای تغییر پارامترهای جوشکاری به صورت پویا بر اساس شرایط واقعی است. برخی از کارخانه‌ها افزایش بهره‌وری بیش از ۳۰ درصد را پس از اجرای این سیستم‌های هوشمند گزارش کرده‌اند، که آن‌ها را در موقعیتی پیش از رقبایی قرار می‌دهد که چنین سرمایه‌گذاری‌هایی را انجام نداده‌اند. در آینده، احتمالاً شاهد وابستگی بیشتر به سیستم‌های خودکار در کارگاه‌های جوشکاری لیزری خواهیم بود. مزایای ایمنی تنها این انتقال را ارزشمند می‌کند، نه اینکه صحبت از صرفه‌جویی در زمان و هزینه در طولانی‌مدت برای مدیران تولیدی باشد که روزانه با محدودیت‌های زمانی و مسائل کنترل کیفیت مواجه هستند.