أخبار - اللحام بالليزر: تقنية تصنيع أساسية في صناعة الطاقة الجديدة

1.1 يحتل اللحام بالليزر موقعاً متوسطاً في الصناعة، مع آفاق نمو أفضل من القطع والتعليم.

معدات اللحام بالليزريقع هذا القطاع في منتصف سلسلة التوريد الصناعية. تشمل المراحل الأولية لسلسلة صناعة الليزر المواد البصرية والمكونات والأجهزة البصرية والأجزاء الميكانيكية، وغيرها. أما المراحل المتوسطة فتتكون من الليزر ومعداته. يُعد الليزر المكون الأساسي لمعدات الليزر، وتشمل معدات معالجة الليزر بشكل رئيسي معدات القطع واللحام والتعليم بالليزر. وتشمل المراحل النهائية بطاريات الليثيوم وأشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية والإلكترونيات الاستهلاكية، وغيرها.

يتمتع سوق الليزر بإمكانيات هائلة، حيث تهيمن ليزرات الألياف على التطبيقات، بينما تُعدّ ليزرات الحالة الصلبة مناسبة للتصنيع الدقيق للغاية. ووفقًا لإحصاءات مؤتمر "ليزر فوكس وورلد"، ارتفع حجم سوق الليزر العالمي من 13.07 مليار دولار أمريكي في عام 2017 إلى 16.01 مليار دولار أمريكي في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 13.37%. في المقابل، نما سوق الليزر في الصين من 6.95 مليار دولار أمريكي في عام 2017 إلى 10.91 مليار دولار أمريكي في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 16.22%. وخلال الفترة من 2017 إلى 2020، ارتفعت حصة الصين من سوق الليزر العالمي من 53.2% إلى 68.1%. وفي عام 2020، استحوذت الليزرات الصناعية على 32.2% من سوق الليزر العالمي، مما يجعل القطاع الصناعي التطبيق النهائي الرئيسي. وتُصنّف الليزرات، بحسب وسط التضخيم، بشكل أساسي إلى ليزرات الألياف، وليزر الحالة الصلبة (باستثناء ليزرات الألياف)، وليزر السوائل، وليزر الغاز. في عام 2020، شكلت ليزرات الألياف وليزر الحالة الصلبة 52.7% و16.7% منتطبيقات الليزر الصناعيةعلى التوالي، مع هيمنة ليزرات الألياف على الاستخدام الصناعي. بالمقارنة مع ليزرات الألياف، تتمتع ليزرات الحالة الصلبة بمزايا مثل القدرة القصوى العالية والمناطق المتأثرة بالحرارة الصغيرة، مما يجعلها مناسبة للتصنيع الدقيق على المستوى الميكروي.

لكل من ليزر YAG وليزر الألياف مزاياه الخاصة. ليزر YAG هو ليزر ذو حالة صلبة يتكون من مصفوفة بلورية من YAG. تشمل مزاياه: ① إمكانية اللحام متعدد النقاط المتزامن أو المتزامن؛ ② قدرة ذروة عالية، مما يجعله مناسبًا للحام النقطي؛ ③ تكلفة منخفضة، مما يوفر ميزة تنافسية من حيث التكلفة، إلخ. بالمقارنة مع ليزر الألياف، يعاني ليزر YAG من بعض النقص في جودة الشعاع وكفاءة التحويل الكهروضوئي. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض قدرة ذروة ليزر الألياف، فإنه لا يتمتع بمزايا كبيرة على ليزر YAG في اللحام. اعتمادًا على سيناريوهات التطبيق المحددة، يمكن استخدام كل من ليزر YAG وليزر الألياف في لحام بطاريات الطاقة.

تُعدّ عمليات القطع واللحام والتعليم من أهم التطبيقات النهائية لأشعة الليزر الصناعية. في عام 2020، استحوذت عمليات القطع واللحام والتعليم على 40.62% و13.52% و12.6% من سوق تطبيقات الليزر على التوالي. بعد نمو سريع شهده سوق معدات القطع بالليزر بين عامي 2014 و2017، يواجه هذا القطاع الآن منافسة سعرية شديدة نتيجة لتزايد عدد المنافسين. أما التعليم، فهو تطبيق ليزر ناضج يتمتع بسوق مستقر نسبيًا، مستفيدًا من صعود...اللحام بالليزر المحمول باليدونظراً للازدهار الكبير الذي تشهده بطاريات الطاقة في المراحل اللاحقة، فمن المتوقع أن يحافظ تطبيق اللحام على نمو مرتفع في السنوات القليلة المقبلة.

بالمقارنة مع القطع والتعليم، تتطلب عملية اللحام بالليزر متطلبات تقنية أعلى. كما أن تاريخ تطويرها أقصر من تاريخ تطوير القطع والتعليم بالليزر، فضلاً عن صعوبة تنفيذها. يستخدم القطع والتعليم بالليزر أشعة الليزر لتدمير سطح المواد أو بنيتها الكلية، بينما يستخدم اللحام بالليزر أشعة الليزر لصهر المواد وإعادة بناء بنيتها. وتتطلب إعادة بناء المواد، مقارنةً بالتدمير الهيكلي البسيط، معايير أعلى لأجهزة الليزر وتقنيات المعالجة.

بالمقارنة مع اللحام التقليدي، يتمتع اللحام بالليزر بمزايا كبيرة. فمقارنةً بلحام المقاومة التقليدي، ولحام القوس الكهربائي، ولحام شعاع الإلكترون، يوفر اللحام بالليزر مزايا عديدة، منها السرعة العالية، والتشوه الطفيف، وانخفاض المتطلبات البيئية، وكثافة الطاقة العالية، ومقاومة المجالات المغناطيسية، وإمكانية استخدامه مع المواد غير الموصلة، وعدم الحاجة إلى بيئة مفرغة من الهواء، وعدم توليد الأشعة السينية أثناء اللحام. ويُستخدم على نطاق واسع في الصناعات التحويلية الدقيقة عالية الجودة، لا سيما في مركبات الطاقة الجديدة وصناعة بطاريات الطاقة. تتضمن بطاريات الطاقة نقاط لحام عديدة تتطلب دقة عالية وصعوبة بالغة. ويمكن للمزايا الفريدة للحام بالليزر أن تُحسّن بشكل ملحوظ سلامة البطارية وموثوقيتها وتجانسها، وتُقلل التكاليف، وتُطيل عمرها الافتراضي.

يشهد سوق معدات اللحام بالليزر نموًا سريعًا. ففي الفترة من 2016 إلى 2020، ارتفع حجم سوق معدات الليزر في الصين من 38.2 مليار يوان إلى 69.2 مليار يوان، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 15.79%. وبالمقارنة، توسع سوق معدات اللحام بالليزر في الصين من 4.17 مليار يوان إلى 11.05 مليار يوان، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 27.59%، متجاوزًا بذلك معدل النمو الإجمالي لسوق معدات الليزر.

ثانيًا: خصائص ماكينات اللحام بالليزر

دقة عالية: يتميز شعاع الليزر ببقعة صغيرة للغاية، مما يتيحاللحام عالي الدقة. إنه مثالي للمنتجات التي تتطلب دقة لحام عالية، مثل المكونات الإلكترونية والأجهزة الطبية.
سرعة عالية: يتميز اللحام بالليزر بالسرعة، مما يحسن كفاءة الإنتاج بشكل ملحوظ. وبالمقارنة مع طرق اللحام التقليدية، يمكنه إنجاز عدد كبير من مهام اللحام في وقت قصير.
منطقة تأثر حراري صغيرة: يقلل اللحام بالليزر من التلف الحراري للمواد بفضل منطقة التأثر الحراري الصغيرة. وهذا يعني تغيراً أقل في خصائص المادة بعد اللحام، مما يحافظ على الأداء الميكانيكي الجيد وجودة المظهر.
قدرة عالية على التكيف: تستطيع آلات اللحام بالليزر لحام مواد متنوعة، بما في ذلك المعادن والبلاستيك والسيراميك. ولتلحيم مواد مختلفة، يكفي تعديل معايير الليزر فقط.
الأتمتة العالية: يمكن دمج آلات اللحام بالليزر مع المعدات الآلية لتحقيق الإنتاج الآلي، الأمر الذي لا يحسن الكفاءة فحسب، بل يقلل أيضًا من تكاليف العمالة وكثافتها.

3.1 مجالات تطبيق اللحام بالليزر

تُستخدم تقنية اللحام بالليزر على نطاق واسع في العديد من الصناعات نظرًا لدقتها العالية وسرعتها ومرونتها. فيما يلي مجالات تطبيقها الرئيسية:

صناعة السيارات: يُستخدم اللحام بالليزر على نطاق واسع في صناعة السيارات، وخاصة في هياكلها. تُشير الإحصائيات إلى أن أكثر من 80% من شركات صناعة السيارات العالمية تستخدم اللحام بالليزر في لحام هياكل السيارات لتعزيز صلابتها وخفة وزنها. كما يُستخدم أيضًا في إنتاج مكونات المحركات وأنظمة العادم وأنظمة الوسائد الهوائية.
في مجال صناعة الطيران والفضاء، تُقدّر تقنية اللحام بالليزر لقدرتها على توفير وصلات عالية المتانة. وتُستخدم هذه التقنية في تصنيع هياكل الطائرات، وأجنحة الطائرات، ومكونات المركبات الفضائية لضمان السلامة الهيكلية وخفة الوزن. وتشير التقارير إلى أن اللحام بالليزر يُمكن أن يُقلل وزن الطائرات بنسبة 20% مع توفير التكاليف.
الأجهزة الطبية: يلعب اللحام بالليزر دورًا محوريًا في تصنيع الأجهزة الطبية، لا سيما الأجزاء الدقيقة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك التيتانيوم. فهو يتيح لحامًا عالي الدقة وخاليًا من التلوث، ما يفي بمتطلبات النظافة والدقة الصارمة للأجهزة الطبية.
صناعة الإلكترونيات: في مجال الإلكترونيات، يُستخدم اللحام بالليزر بشكل أساسي لتغليف الدوائر المتكاملة، وأجهزة أشباه الموصلات، والأجهزة الكهروضوئية. وتقلل منطقة التأثير الحراري الصغيرة من التلف الحراري للمكونات الإلكترونية الحساسة، مما يجعله واسع الاستخدام في تجميع الإلكترونيات عالية الكثافة.
الأدوات الدقيقة: في صناعة الأدوات الدقيقة، تُستخدم اللحام بالليزر في الساعات والمجوهرات وغيرها من السلع الفاخرة نظرًا لقدرته على تحقيق دقة عالية،لحام عالي الجودةيضمن ذلك المظهر الرائع والاستقرار طويل الأمد لهذه المنتجات.