1. أمثلة تطبيقية
1) لوحة التوصيل
في ستينيات القرن الماضي، تبنت شركة تويوتا موتور لأول مرة تقنية اللحام المخصص للصفائح المعدنية. وتتمثل هذه التقنية في ربط صفيحتين أو أكثر معًا عن طريق اللحام ثم تشكيلها بالضغط. ويمكن أن تختلف هذه الصفائح في سماكتها وموادها وخصائصها. ونظرًا لتزايد متطلبات أداء السيارات ووظائفها، مثل توفير الطاقة وحماية البيئة وسلامة القيادة، فقد حظيت تقنية اللحام المخصص باهتمام متزايد. ويمكن استخدام اللحام النقطي واللحام التناكبي السريع في لحام الصفائح.اللحام بالليزر، لحام القوس الهيدروجيني، إلخ. في الوقت الحاضر،اللحام بالليزريُستخدم بشكل رئيسي في الأبحاث الخارجية وإنتاج القطع الملحومة حسب الطلب.
بمقارنة نتائج الاختبار والحساب، تبين توافق النتائج بشكل جيد، مما يؤكد صحة نموذج مصدر الحرارة. تم حساب عرض خط اللحام في ظل معايير تشغيل مختلفة، ثم جرى تحسينه تدريجيًا. في النهاية، تم اعتماد نسبة طاقة الشعاع 2:1، حيث رُتبت شعاعات مزدوجة بالتوازي، ووُضع شعاع الطاقة العالية في مركز خط اللحام، بينما وُضع شعاع الطاقة المنخفضة عند الصفيحة السميكة. يُسهم هذا في تقليل عرض اللحام بشكل فعال. عندما تكون الشعاعتان بزاوية 45 درجة عن بعضهما، يعمل الشعاع على الصفيحة السميكة والصفيحة الرقيقة على التوالي. وبسبب انخفاض قطر شعاع التسخين الفعال، ينخفض عرض اللحام أيضًا.
2) الألومنيوم والفولاذ والمعادن غير المتشابهة
خلصت الدراسة الحالية إلى النتائج التالية: (1) مع ازدياد نسبة طاقة الشعاع، يتناقص سُمك المركب بين الفلزي في نفس منطقة التماس بين اللحام وسبائك الألومنيوم تدريجيًا، ويصبح توزيعه أكثر انتظامًا. عند RS=2، يتراوح سُمك طبقة المركب بين الفلزي عند التماس بين 5 و10 ميكرومترات، ويبلغ أقصى طول للمركب الحر ذي الشكل الإبري حوالي 23 ميكرومترًا. أما عند RS=0.67، فيقل سُمك طبقة المركب بين الفلزي عند التماس عن 5 ميكرومترات، ويبلغ أقصى طول للمركب الحر ذي الشكل الإبري 5.6 ميكرومترات، ما يُشير إلى انخفاض ملحوظ في سُمك المركب بين الفلزي.
(2)عند استخدام ليزر ثنائي الحزمة متوازي في اللحام، يكون المركب المعدني البيني (IMC) عند سطح التماس بين اللحام وسبائك الألومنيوم غير منتظم. ويكون سمك طبقة المركب المعدني البيني عند سطح التماس بين اللحام وسبائك الألومنيوم، بالقرب من سطح التماس بين الفولاذ وسبائك الألومنيوم، أكبر، حيث يصل أقصى سمك لها إلى 23.7 ميكرون. ومع زيادة نسبة طاقة الحزمة، عندما تكون RS=1.50، يظل سمك طبقة المركب المعدني البيني عند سطح التماس بين اللحام وسبائك الألومنيوم أكبر من سمك المركب المعدني البيني في نفس المنطقة عند استخدام ليزر ثنائي الحزمة متسلسل.
3. وصلة على شكل حرف T مصنوعة من سبيكة الألومنيوم والليثيوم
فيما يتعلق بالخواص الميكانيكية لوصلات اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم 2A97، درس الباحثون الصلادة المجهرية وخواص الشد وخواص الإجهاد. أظهرت نتائج الاختبار ما يلي: منطقة اللحام في وصلة اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم 2A97-T3/T4 تعاني من تليّن شديد، حيث يبلغ معامل الصلادة حوالي 0.6، ويعزى ذلك بشكل أساسي إلى ذوبان الطور المقوي وما يتبعه من صعوبة في الترسيب. أما معامل قوة وصلة سبائك الألومنيوم 2A97-T4 الملحومة باستخدام ليزر الألياف IPGYLR-6000 فيصل إلى 0.8، إلا أن لدونتها منخفضة، على عكس ليزر الألياف IPGYLS-4000.اللحام بالليزريبلغ معامل قوة وصلات سبائك الألومنيوم 2A97-T3 الملحومة بالليزر حوالي 0.6؛ وتُعد عيوب المسام هي أصل تشققات الإجهاد في وصلات سبائك الألومنيوم 2A97-T3 الملحومة بالليزر.
في الوضع المتزامن، وتبعًا لأشكال البلورات المختلفة، تتكون منطقة الانصهار بشكل رئيسي من بلورات عمودية وبلورات متساوية المحاور. تتميز البلورات العمودية بنمو متناظر محوريًا (EQZ)، وتكون اتجاهات نموها عمودية على خط الانصهار. ويعود ذلك إلى أن سطح حبيبات EQZ يُعدّ نواة جاهزة للتبلور، حيث يكون تبديد الحرارة في هذا الاتجاه هو الأسرع. لذلك، ينمو المحور البلوري الرئيسي لخط الانصهار العمودي بشكل تفضيلي، بينما تكون الجوانب محدودة. ومع نمو البلورات العمودية باتجاه مركز اللحام، يتغير شكلها البنيوي وتتشكل تفرعات عمودية. في مركز اللحام، تكون درجة حرارة حوض الانصهار مرتفعة، ويكون معدل تبديد الحرارة متساويًا في جميع الاتجاهات، وتنمو الحبيبات بشكل متساوي المحاور في جميع الاتجاهات، مكونةً تفرعات متساوية المحاور. عندما يكون المحور البلوري الأساسي للتغصنات متساوية المحاور مماسًا تمامًا لمستوى العينة، يمكن ملاحظة حبيبات واضحة تشبه الزهور في الطور المعدني. بالإضافة إلى ذلك، وبسبب التبريد الفائق للمكونات المحلية في منطقة اللحام، تظهر عادةً نطاقات متساوية المحاور دقيقة الحبيبات في منطقة اللحام للوصلة المتزامنة على شكل حرف T، ويختلف شكل الحبيبات في هذه النطاقات عن شكلها في منطقة اللحام المتزامنة. ونظرًا لاختلاف عملية التسخين في اللحام غير المتجانس على شكل حرف T عن اللحام المتزامن، توجد اختلافات واضحة في الشكل الكلي والشكل المجهري. وقد خضعت الوصلة غير المتجانسة على شكل حرف T لدورتين حراريتين، مما أظهر خصائص حوض انصهار مزدوج. ويوجد خط انصهار ثانوي واضح داخل اللحام، ويكون حوض الانصهار الناتج عن اللحام بالتوصيل الحراري صغيرًا. في عملية اللحام غير المتجانسة TSTB-LW، تتأثر اللحامات العميقة بعملية التسخين في لحام التوصيل الحراري. تحتوي التغصنات العمودية والمتساوية المحاور القريبة من خط الانصهار الثانوي على عدد أقل من حدود الحبيبات الفرعية، وتتحول إلى بلورات عمودية أو خلوية، مما يشير إلى أن عملية التسخين في لحام التوصيل الحراري لها تأثير معالجة حرارية على اللحامات العميقة. ويبلغ حجم حبيبات التغصنات في مركز اللحام الموصل حراريًا 2-5 ميكرومتر، وهو أصغر بكثير من حجم حبيبات التغصنات في مركز اللحام العميق (5-10 ميكرومتر). ويرتبط هذا بشكل أساسي بأقصى تسخين للحامات على كلا الجانبين. وترتبط درجة الحرارة بمعدل التبريد اللاحق.
3) مبدأ لحام التكسية بالمسحوق باستخدام الليزر ذي الشعاع المزدوج
4)قوة عالية لوصلات اللحام
في تجربة لحام ترسيب مسحوق الليزر ثنائي الحزمة، نظرًا لتوزيع شعاعي الليزر جنبًا إلى جنب على جانبي سلك التوصيل، يكون مدى الليزر والركيزة أكبر من مدى لحام ترسيب مسحوق الليزر أحادي الحزمة، وتكون وصلات اللحام الناتجة عمودية على سلك التوصيل، ويكون اتجاه السلك ممتدًا نسبيًا. يوضح الشكل 3.6 وصلات اللحام الناتجة عن لحام ترسيب مسحوق الليزر أحادي الحزمة وثنائي الحزمة. أثناء عملية اللحام، سواء كان ثنائي الحزمةاللحام بالليزرطريقة أو شعاع واحداللحام بالليزرفي هذه الطريقة، تتشكل بركة منصهرة على المادة الأساسية عن طريق التوصيل الحراري. وبهذه الطريقة، يمكن للمعدن المنصهر في البركة المنصهرة أن يشكل رابطة معدنية مع مسحوق السبيكة المنصهرة ذاتية التدفق، مما يؤدي إلى اللحام. عند استخدام ليزر ثنائي الشعاع للحام، يكون التفاعل بين شعاع الليزر والمادة الأساسية هو التفاعل بين منطقتي عمل شعاعي الليزر، أي التفاعل بين البركتين المنصهرتين المتشكلتين بفعل الليزر على المادة. وبهذه الطريقة، تكون مساحة الانصهار الجديدة الناتجة أكبر من تلك الناتجة عن استخدام شعاع ليزر أحادي.اللحام بالليزرلذا فإن وصلات اللحام التي تم الحصول عليها بواسطة الشعاع المزدوجاللحام بالليزرأقوى من الشعاع الأحادياللحام بالليزر.
2. قابلية عالية للحام وقابلية تكرار عالية
في الحزمة المفردةاللحام بالليزرفي هذه التجربة، وبما أن مركز بقعة الليزر المركزة يؤثر مباشرة على سلك الجسر الصغير، فإن سلك الجسر يتطلب مواصفات عالية للغاية.اللحام بالليزرتؤثر معايير عملية اللحام، مثل التوزيع غير المتجانس لكثافة طاقة الليزر وسماكة مسحوق السبيكة غير المتجانسة، على عملية اللحام. ويؤدي ذلك إلى انقطاع السلك أثناء عملية اللحام، بل وقد يتسبب في تبخر سلك الجسر مباشرةً. في طريقة اللحام بالليزر ثنائي الحزمة، ولأن مركزي تركيز شعاعي الليزر لا يؤثران مباشرةً على أسلاك الجسر الدقيقة، تقلّ المتطلبات الصارمة لمعايير عملية اللحام بالليزر لأسلاك الجسر، وتتحسن قابلية اللحام وتكراريته بشكل كبير.
تاريخ النشر: 17 أكتوبر 2023
