اللحام بالتوصيل الحراري واللحام بالاختراق العميق

1. تعريف اللحام بالتوصيل الحراري بالليزر وخصائصه

اللحام بالتوصيل الحراري بالليزر هو إحدى طرق اللحام بالليزر. يتميز وضع اللحام هذا بعمق اختراق ضحل ونسبة صغيرة من العمق إلى العرض. عندما تكون كثافة الطاقة أقل من 10 ^ 4 ~ 10 ^ 5 واط / سم 2، يتم تصنيفها على أنها لحام التوصيل، والذي يتميز بعمق الانصهار الضحل. وسرعة لحام أبطأ.

أثناء اللحام بالتوصيل الحراري، تعمل طاقة إشعاع الليزر على سطح المادة، وتتحول طاقة إشعاع الليزر إلى حرارة على السطح. وتنتشر حرارة السطح إلى الداخل من خلال التوصيل الحراري، مما يتسبب في ذوبان المادة وتشكيل بركة منصهرة في منطقة الارتباط بين المادتين. يتحرك المجمع المنصهر للأمام مع شعاع الليزر، ولا يتحرك المعدن المنصهر في المجمع المنصهر للأمام. ومع تحرك شعاع الليزر للأمام، يتصلب المعدن المنصهر في المجمع المنصهر، ويتشكل لحام يربط بين قطعتين من المواد.

تعمل طاقة إشعاع الليزر فقط على سطح المادة، ويتم ذوبان المادة الأساسية عن طريق التوصيل الحراري. بعد امتصاص طاقة الليزر بواسطة طبقة رقيقة من 10 إلى 100 نانومتر على السطح وذوبانها، تستمر درجة حرارة السطح لزيادة، مما يتسبب في انتشار متساوي الحرارة لدرجة حرارة الانصهار في عمق المادة. ولا يمكن أن تصل درجة حرارة السطح القصوى إلا إلى درجة حرارة التبخر. لذلك، فإن عمق الانصهار الذي يمكن تحقيقه بهذه الطريقة محدود بدرجة حرارة التبخر والتوصيل الحراري. يتم استخدامه بشكل أساسي للحام الأجزاء الرقيقة (حوالي 1 مم) والصغيرة.

كثافة طاقة الشعاع المستخدم في اللحام منخفضة. بعد أن تمتص قطعة العمل الليزر، تحتاج درجة الحرارة فقط إلى الوصول إلى نقطة انصهار السطح، ثم يتم نقل الحرارة إلى الجزء الداخلي من قطعة العمل لتشكيل حوض منصهر عن طريق التوصيل الحراري، لذلك فهو اقتصادي. بالإضافة إلى ذلك، يتم لحام التماس ناعم وليس به مسام، ويمكن استخدامه في معالجة أجزاء المظهر.

التطبيقات النموذجية هي لحام حوض الفولاذ المقاوم للصدأ، ومنفاخ معدني، ولحام تجهيزات الأنابيب المعدنية، وما إلى ذلك.

2. تعريف وخصائص لحام الاختراق العميق بالليزر

عندما تكون كثافة الطاقة أكبر من 10^5~10^7 واط/سم2، يكون السطح المعدني مقعرًا إلى "ثقوب" بسبب الحرارة، مما يشكل لحام اختراق عميق، والذي يتميز بخصائص سرعة اللحام السريعة ونسبة العرض إلى الارتفاع الكبيرة.

تشبه العملية الفيزيائية المعدنية للحام الاختراق العميق بالليزر إلى حد كبير تلك الخاصة بلحام شعاع الإلكترون، أي أن آلية تحويل الطاقة تكتمل من خلال هيكل "الثقب الصغير". وتحت التشعيع باستخدام شعاع عالي كثافة الطاقة بدرجة كافية، تتبخر المادة إلى تشكل ثقوباً صغيرة، وهذا الثقب الصغير المملوء بالبخار يشبه الجسم الأسود، حيث يمتص تقريباً كل طاقة الضوء الساقط، وتصل درجة حرارة التوازن في الثقب إلى حوالي 25,000 درجة. وتنتقل الحرارة من الجدار الخارجي لهذا الثقب ذو الحرارة المرتفعة. التجويف، مما يتسبب في ذوبان المعدن المحيط بالتجويف. يتم ملء الثقب الصغير بالبخار عالي الحرارة الناتج عن التبخر المستمر لمواد الجدار تحت إشعاع الشعاع. جدران الحفرة الصغيرة محاطة بالمعدن المنصهر، والمعدن السائل محاط بمواد صلبة. ويتوافق تدفق السائل خارج جدار الحفرة والتوتر السطحي لطبقة الجدار مع ضغط البخار المتولد بشكل مستمر في تجويف الحفرة والحفاظ على التوازن الديناميكي. يدخل شعاع الضوء بشكل مستمر إلى الفتحة الصغيرة، وتتدفق المواد الموجودة خارج الفتحة الصغيرة بشكل مستمر. عندما يتحرك شعاع الضوء، يكون الثقب الصغير دائمًا في حالة تدفق مستقرة. وهذا يعني أن الثقب الصغير والمعدن المنصهر المحيط بجدار الثقب يتحركان للأمام بالسرعة الأمامية للحزمة الدليلية. يملأ المعدن المنصهر الفجوة المتبقية بعد إزالة الثقب الصغير ويتكثف وفقًا لذلك، ويتشكل اللحام. كل هذا يحدث بسرعة كبيرة بحيث يمكن أن تصل سرعة اللحام بسهولة إلى عدة أمتار في الدقيقة.

يتطلب لحام الاختراق العميق للمواد طاقة ليزر عالية جدًا. يختلف اللحام بالتوصيل الحراري عن لحام الاختراق العميق، فهو لا يذيب المعدن فحسب، بل يبخر المعدن أيضًا. يتم تفريغ المعدن المنصهر تحت ضغط بخار المعدن لتشكيل ثقوب صغيرة. يستمر شعاع الليزر في إضاءة الجزء السفلي من الحفرة، مما يتسبب في تمديد الحفرة حتى يتوازن ضغط البخار داخل الحفرة مع التوتر السطحي وجاذبية المعدن السائل. وبعد اللحام بالاختراق العميق، سيتم تشكيل لحام ضيق وموحد ، وسيكون عمقها بشكل عام أكبر من عرض اللحام. تتميز هذه العملية بخصائص سرعة المعالجة السريعة والمنطقة الصغيرة المتأثرة بالحرارة، وبالتالي فإن تشوه المادة صغير.

التطبيقات النموذجية هي لحام الألواح الفولاذية السميكة (10-25 مم) ولحام أغلفة الألمنيوم لبطارية الطاقة.

3. خصائص اللحام بالاختراق العميق بالليزر

ارتفاع نسبة الارتفاع. نظرًا لأن المعدن المنصهر يتشكل حول غرفة أسطوانية من بخار عالي الحرارة ويمتد نحو قطعة العمل، يصبح اللحام عميقًا وضيقًا.

الحد الأدنى من مدخلات الحرارة. نظرًا لأن درجة الحرارة داخل الثقب الصغير مرتفعة جدًا، فإن عملية الذوبان تحدث بسرعة كبيرة، ويكون إدخال الحرارة إلى قطعة العمل منخفضًا جدًا، ويكون التشوه الحراري والمنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرًا.

كثافة عالية. لأن الثقوب الصغيرة المملوءة بالبخار ذو درجة الحرارة العالية تساعد على تحريك حوض اللحام وهروب الغاز، مما يؤدي إلى اختراق اللحام بدون مسام. يمكن لمعدل التبريد العالي بعد اللحام تحسين هيكل اللحام بسهولة.

اللحامات القوية. بسبب مصدر الحرارة الساخنة والامتصاص الكامل للمكونات غير المعدنية، يتم تقليل محتوى الشوائب، ويتغير حجم التضمين وتوزيعه في المجمع المنصهر. لا تتطلب عملية اللحام أقطاب كهربائية أو أسلاك حشو، ومنطقة الذوبان يكون أقل تلوثًا، مما يجعل قوة ومتانة اللحام مساوية على الأقل أو حتى تتجاوز قوة المعدن الأصلي.

تحكم دقيق. نظرًا لأن نقطة الضوء المركزة صغيرة، يمكن وضع خط اللحام بدقة عالية. لا يحتوي مخرج الليزر على "قصور ذاتي" ويمكن إيقافه وإعادة تشغيله بسرعات عالية. يمكن لحام قطع العمل المعقدة باستخدام تقنية حركة الشعاع CNC.

عملية اللحام الجوي بدون تلامس.نظرًا لأن الطاقة تأتي من شعاع الفوتون وليس هناك اتصال مادي مع قطعة العمل، فلا يتم تطبيق أي قوة خارجية على قطعة العمل. بالإضافة إلى ذلك، ليس للمغناطيسية والهواء أي تأثير على ضوء الليزر.

مزايا اللحام بالاختراق العميق بالليزر:

1) نظرًا لأن الليزر المركز لديه كثافة طاقة أعلى بكثير من الطرق التقليدية، فإنه يؤدي إلى سرعة لحام سريعة ومنطقة صغيرة متأثرة بالحرارة وتشوه صغير، ويمكنه أيضًا لحام المواد التي يصعب لحامها مثل التيتانيوم.
2) نظرًا لسهولة نقل الشعاع والتحكم فيه، ليست هناك حاجة لاستبدال مسدسات وفوهات اللحام بشكل متكرر، ولا يوجد فراغ مطلوب لحام شعاع الإلكترون، مما يقلل بشكل كبير من وقت التوقف عن العمل والوقت الإضافي، وبالتالي فإن عامل الحمولة وكفاءة الإنتاج مرتفعة.
3) بسبب تأثير التنقية ومعدل التبريد العالي، فإن وصلة اللحام لديها قوة عالية، وصلابة وأداء عام.
4) بسبب انخفاض متوسط ​​مدخلات الحرارة ودقة المعالجة العالية، يمكن تقليل تكاليف إعادة المعالجة؛ بالإضافة إلى ذلك، تكاليف تشغيل اللحام بالليزر منخفضة أيضًا، مما يمكن أن يقلل من تكاليف معالجة قطع العمل.
5) يمكنه التحكم بشكل فعال في شدة الشعاع وتحديد المواقع الدقيقة، ومن السهل تحقيق التشغيل التلقائي.

مساوئ اللحام بالاختراق العميق بالليزر:

1) عمق اللحام محدود.

2) يتطلب تجميع قطعة العمل متطلبات عالية.

3) الاستثمار لمرة واحدة في نظام الليزر مرتفع نسبيًا