جوش لیزر و جوشکاری پلاسما ، به عنوان فن آوری های پیشرفته جوشکاری با چگالی انرژی بالا و کیفیت بالا ، در زمینه های تولید خودکار و ساخت دقیق مورد استفاده قرار می گیرد. تفاوت بین آنها از نظر اصول انرژی ، ویژگی های اصلی و سناریوهای کاربردی ارزش منحصر به فرد آنها را در برآورده کردن نیازهای مختلف صنعتی تعیین می کند. موارد زیر تجزیه و تحلیل دقیق تر و توضیحات تکمیلی از سه جنبه را ارائه می دهد: اصول ، ویژگی ها و برنامه ها:
تفاوت های عمیق در منبع انرژی و مکانیسم عمل
جوش لیزر: تمرکز شدید و نفوذ انرژی
طبیعت انرژی:جوش لیزر از پرتو لیزر بسیار جهت دار و تک رنگ به عنوان حامل انرژی استفاده می کند. انرژی از انتشار تحریک اتم ها یا مولکول ها سرچشمه می گیرد ، که سپس از طریق یک سیستم نوری (مانند لنزها ، آینه ها یا الیاف) متمرکز می شود تا یک مکان کانونی در مقیاس میکرو (به طور معمول 50-300 میکرومتر) تشکیل شود. چگالی قدرت می تواند به 10 تا 10 درجه w/cm² برسد و آن را به یکی از منابع گرمای با چگالی بالاترین انرژی که در حال حاضر در جوشکاری صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد ، می کند.
مکانیسم اصلی:لیزر با چگالی بالا فوراً سطح مواد را به دمای تبخیر آن گرم می کند و یک "سوراخ کلید" را تشکیل می دهد-یک سوراخ کوچک که با فشار بخار پشتیبانی می شود. این سوراخ کلید به عنوان یک "کانال انرژی" عمل می کند ، و به لیزر اجازه می دهد تا به جای اینکه فقط روی سطح عمل کند ، به اعماق مواد نفوذ کند و باعث شود گرمایش کارآمد از سطح تا لایه های عمیق تر باشد. با حرکت پرتو لیزر ، استخر مذاب به سرعت جامد می شود و در نتیجه تشکیل جوش بسیار سریع و از بین رفتن حداقل هدایت گرما می شود.
مزیت ویژه: ماهیت غیر تماس با لیزرها به آنها اجازه می دهد تا از طریق الیاف نوری از راه دور منتقل شوند و به راحتی به فضاهای باریک در سازه های پیچیده (مانند جوش های داخلی در سیلندرهای موتور) برسند. علاوه بر این ، هیچ مشکلی برای سایش الکترود وجود ندارد ، و آن را برای تولید خودکار پایدار طولانی مدت مناسب می کند.
جوش پلاسما: هدایت حرارتی کارآمد از طریق قوس های فشرده شده
طبیعت انرژی:بر اساس تقویت یک قوس الکتریکی ، از طریق فشرده سازی مکانیکی توسط نازل مشعل جوشکاری ، فشرده سازی حرارتی خود قوس (دمای بالا باعث افزایش هدایت الکتریکی و کاهش سطح مقطع) و اثرات فشرده سازی الکترومغناطیسی (میدان مغناطیسی است که ستون قوس ایجاد می شود) ، یک قوس آزاد معمولی با قوس 10 درجه سانتیگراد کمپرس می شود. از 15،000 درجه تا 30،000 درجه (بیش از دمای قوس های جوش TIG).
مکانیسم اصلی: پلاسما با درجه حرارت بالا (جریان گاز یونیزه شده) سطح کار را با سرعت بالا تأثیر می گذارد و گرما را از طریق هدایت حرارتی قوس و انتقال حرارت همرفتی توسط پلاسما منتقل می کند. استخر مذاب تحت تأثیر "نیروی ضربه" و "شار حرارتی" قوس پلاسما قرار دارد و یک منطقه ذوب پایدار را تشکیل می دهد. علاوه بر این ، قوس پلاسما خود استخر مذاب ، همراه با گازهای محافظ خارجی (مانند آرگون) را پوشانده و به طور موثری آن را از آلودگی هوا جدا می کند.
مزیت ویژه:ثبات فیزیکی قوس بیشتر است و تحمل بیشتری برای آلاینده ها بر روی سطح کار ، مانند لایه های اکسیداسیون و لکه های روغن (بر خلاف لیزرها ، که به دلیل تغییرات ناگهانی در بازتاب سطح می توانند ناپایدار شوند). علاوه بر این ، با تنظیم جریان (به عنوان مثال ، جوشکاری پلاسما میکرو پرتو می تواند به اندازه 1 A باشد) ، می تواند انعطاف پذیر با نیازهای جوشکاری اعم از ورق های نازک تا صفحات ضخیم متوسط سازگار باشد.
مقایسه خصوصیات کلیدی
|
مشخصه |
جوش لیزری |
جوش قوس پلاسما |
|
تراکم انرژی |
10⁶ 10 ⁷ w/cm² ، بسیار متمرکز پس از تمرکز ، قادر به نفوذ فوری به مواد با ذوب بالا (به عنوان مثال ، تنگستن ، آلیاژهای تیتانیوم). |
10⁵-10⁶ w/cm² ، با توزیع انرژی یکنواخت تر ، مناسب برای موادی که نیاز به ورودی گرمای پایدار دارند (به عنوان مثال ، آلومینیوم ، آلیاژهای مس). |
|
توانایی نفوذ و نسبت عمق به عرض |
نسبت عمق به عرض می تواند به 12: 1 یا بالاتر برسد. جوشکاری تک پاس از طریق صفحات فولادی ضخامت 10 میلی متر امکان پذیر است ، در نتیجه جوش های باریک و عمیق ، ایده آل برای سازه های بارگذاری. |
نسبت عمق به عرض به طور معمول 3: 1-6: 1 است. جوشکاری تک پاس از طریق صفحات فولادی تا 8 میلی متر ضخامت پایدارتر است ، با یک مقطع "کاملتر" جوش ، مقاومت بهتری در ترک دارد. |
|
منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ) |
HAZ سطح میکرون (به عنوان مثال ، 0.1-0.5 میلی متر) ، که تقریباً هیچ تخریب عملکردی در مواد قابل تصفیه گرما ایجاد نمی کند (به عنوان مثال ، آلیاژهای آلومینیوم). |
HAZ سطح میلی متر (به عنوان مثال ، 0.5-2 میلی متر) ، اما به طور قابل توجهی کوچکتر از جوشکاری MIG ، مناسب برای سناریوهایی که در آن حساسیت به تغییر شکل زیاد است اما تحمل کمی گسترده تر قابل قبول است. |
|
تحمل شکاف |
به شکافهای کمتر یا مساوی 0.1 میلی متر (برای صفحات نازک) یا کمتر از یا مساوی 0.3 میلی متر (برای صفحات ضخامت متوسط) نیاز دارد ، که نیاز به مونتاژ با دقت بالا (به عنوان مثال ، جوشکاری برگه باتری). |
می تواند شکاف های 0.3-0.5 میلی متر را تحمل کند ، و تحمل بهتری برای خطاهای مونتاژ (به عنوان مثال ، جوشکاری محیط لوله) ارائه می دهد. |
|
جزئیات سازگاری مواد |
مناسب برای مواد بسیار بازتابنده (به عنوان مثال ، مس ، نقره) با درمان های ویژه (به عنوان مثال ، لیزر با نور سبز ، پوشش سطح) ، و می تواند سرامیک ها ، پلاستیک ها و سایر غیر متال ها را جوش دهد. |
پایدارتر برای جوشکاری مس ، آلومینیوم و سایر فلزات غیر آهنی (انرژی قوس تحت تأثیر بازتاب قرار نمی گیرد) ، اما نمی توانند غیر متال را جوش دهند. |
|
تجهیزات و نگهداری |
هزینه های بالای منبع لیزر (فیبر/CO₂) و سیستم های نوری. لنزها برای جلوگیری از آلودگی از پراکندگی به تمیز کردن منظم نیاز دارند. مصرف انرژی به صورت خطی با قدرت افزایش می یابد. |
هزینه های پایین تر برای مشعل های جوشکاری و منابع برق ؛ مواد مصرفی اولیه الکترودهای تنگستن و نازل هستند (هر 50-100 متر جوشکاری جایگزین می شوند). مصرف انرژی پایدارتر است. |
|
سازگاری محیطی |
مستعد ابتلا به دود ، گرد و غبار و بخار (نیاز به برداشتن گرد و غبار کارآمد دارد). نور قوی نیاز به محافظت دقیق دارد (کلاس ایمنی لیزر IV). |
دید خوب قوس در حین کار ، و مشاهده استخر مذاب را آسان تر می کند. در مقایسه با لیزرها ، دود و گرد و غبار کمتری تولید می کند. |
تطبیق دقیق برنامه و موارد معمولی
جوشکاری لیزر: با تمرکز بر "دقت و کارآیی نهایی"
میکروالکترونیک و وسایل پزشکی:به عنوان مثال ، الکترودهای ضربان ساز (0.1 میلی متر سیمهای آلیاژ نیکل تیتانیوم) و ماژول های دوربین تلفن های هوشمند (براکت های استیل ضد زنگ جوش داده شده به شیشه). این برنامه ها برای دستیابی به اتصالات بدون تغییر شکل به نقاط کانونی سطح میکرون متکی هستند.
انرژی جدید و تولید خودرو:روکش های بالای باتری و جوش های آب بندی لیزر مسکن (سرعت 3 متر در دقیقه ، میزان نشت کمتر از یا مساوی با 10 · m³/s) و جوشکاری لیزر بدنه خودرو (ضخامت های مختلف صفحات فولادی که در یک پاس جوش داده شده و وزن آن را 10 ٪ کاهش می دهد).
اجزای هوافضا با سطح بالا:ترمیم جوش های توربین موتور (آلیاژهای درجه حرارت بالا) با کنترل دقیق ورودی گرما (در فاصله 0.5 کیلوگرم در سانتی متر برای جلوگیری از اکسیداسیون مرزی دانه) و جوشکاری سبک از اجزای ساختاری ماهواره ای (قطعات آلیاژ آلومینیوم نازک).
جوش قوس پلاسما: با تمرکز بر "ثبات ، قابلیت اطمینان و تعادل هزینه"
لوله های فشار و عروق: جوشکاری درز حلقه لوله های استیل ضد زنگ با DN200 یا بزرگتر در صنایع شیمیایی (جوشکاری یک طرفه درزهای دو طرفه ، با مقاومت فشار بیشتر از یا برابر با 10 مگاپاسکال) و جوشکاری درز طولی از مخازن ذخیره سازی درجه یک مواد غذایی (جوش های صاف بدون پاتر ، جلسات Hygiene Ponstarts).
صفحات متوسط تا ضخیم و مواد خاص: جوشکاری عروق فشار آلیاژ تیتانیوم (ضخامت 6-10 میلی متر) (اثر "تمیز کردن کاتدیک" قوس پلاسما لایه اکسید را از سطح تیتانیوم خارج می کند) و جوش لوله های فولادی با مقاومت در برابر گرما برای تجهیزات انرژی هسته ای (پایداری قوس عملکرد اتصالات را از نظر خستگی تضمین می کند).
جوشکاری دقیق صفحه نازک: از جوش پلاسما میکرو پرتو برای آب بندی جوش در لوله های راه راه (برنج 0.1-0.3 میلی متر) و محفظه سنسور (ورق های آلیاژ نیکل نازک) استفاده می شود. یک جریان پایدار از 5-10 A می تواند به یک اتصال بدون سوختگی برسد.
خلاصه: منطق اصلی برای انتخاب فناوری
جوشکاری لیزر نشان دهنده "دقت بالا ، راندمان بالا و هزینه بالا" است که آن را برای سناریوهای تولیدی با سطح بالا با نیازهای شدید برای تغییر شکل حرارتی و دقت درز جوش و همچنین بودجه کافی مناسب می کند. از طرف دیگر ، جوش قوس پلاسما ، در "دقت متوسط ، ثبات ، قابلیت اطمینان و اثربخشی بالا" ، برتری بیشتری در برنامه های مربوط به جوشکاری صفحه با ضخامت متوسط ، پردازش فلز غیر آهنی و سناریوهایی که تحمل مونتاژ نسبتاً قابل بخشش است ، برتری بیشتری ارائه می دهد.
1000W-3000W دستگاه جوشکاری لیزر دستی
در تولید واقعی ، دو فناوری گزینه های متقابل منحصر به فرد نیستند. به عنوان مثال ، در جوشکاری شاسی خودرو ، از جوشکاری لیزر برای اتصالات با دقت بالا در نقاط بار بحرانی استفاده می شود ، در حالی که جوش قوس پلاسما برای پیوستن کارآمد ساختارهای غیر باربری استفاده می شود. با هم ، آنها یک سیستم تولید انعطاف پذیر تشکیل می دهند. هنگام انتخاب یک فناوری ، در نظر گرفتن خصوصیات مادی (بازتاب ، نقطه ذوب) ، دقت قطعه کار (شکاف ، تحمل) ، نیاز به ظرفیت تولید (سرعت جوشکاری) و بودجه هزینه به طور جامع ضروری است. فقط با این کار می توان حداکثر ارزش فنی را بدست آورد.