معلومات عن اللحام بالليزر - الموضوع الثاني: اللحام بالليزر المتأرجح - التحكم في العيوب

يلعب الليزر، كأداة معالجة متطورة، دورًا متزايد الأهمية في مجال اللحام الصناعي. ورغم أن تقنية اللحام بالليزر التقليدية قادرة على التحكم في هذه العيوب إلى حد ما، إلا أن فعاليتها غالبًا ما تكون محدودة بمعايير وعمليات لحام ثابتة. في السنوات الأخيرة، وفر ظهور تقنية اللحام بالليزر المتأرجح حلًا جديدًا للتحكم في عيوب اللحام. فمن خلال إدخال حركة متأرجحة لشعاع الليزر أثناء عملية اللحام، تُحسّن هذه التقنية بشكل ملحوظ الخصائص الديناميكية لحوض اللحام، وبالتالي ترتقي بجودة اللحام. وتعتمد تقنية اللحام بالليزر المتأرجح بشكل أساسي على التحكم الدقيق في شعاع الليزر وتقنية التأرجح لتحقيق لحام فعال وعالي الجودة.

تحسين المظهر:

خلالعملية اللحاميتم تحريك شعاع الليزر بسرعة ودقة لتغطية منطقة اللحام بأكملها. وعندما يتحرك الشعاع في اتجاه اللحام، فإنه يتذبذب بأشكال مختلفة، مثل الدائرة والشكل 8 واللولب. استخدم تشن وزملاؤه الليزر المتأرجح للحام سبائك الألومنيوم غير المتشابهة، وبالمقارنة مع اللحام بدون ليزر متأرجح، فقد تحسنت مورفولوجيا اللحام الأمامية والخلفية بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم اللحام بالليزر المتأرجح العرضي لزيادة مرونة الخلوص في الأخدود. في بعض قطع العمل الموصلة، من الضروري توسيع منطقة التيار الزائد، وتوسيع سطح التوصيل المعدني، كما يلزم تحريك شعاع الليزر لجعل سطح التوصيل المعدني على شكل حرف "U".

1. (أ) و (ب) إحصائيات مورفولوجيا المقطع العرضي للحام وحجم اللحام في ظل أوضاع تأرجح مختلفة؛ (ج) تشكيل السطح العلوي للحام في ظل أوضاع تأرجح مختلفة.

تحسين ضعف اندماج الجدار الجانبي:

يُعدّ عدم انصهار الجدار الجانبي عيبًا شائعًا في اللحام الليزري التقليدي ذي الفجوة الضيقة للصفائح متوسطة السماكة، ويعود ذلك إلى التوزيع غير المتساوي لطاقة الليزر في فتحة اللحام. إذ تكون الحرارة المُدخلة في مركز الفجوة عالية، بينما تكون منخفضة في الجدار الجانبي، مما يعيق عملية اللحام. ويتمثل الحل الأمثل لهذه المشكلة في زيادة الحرارة المُدخلة إلى الجدار الجانبي. في عملية اللحام الليزري، يُمكن تحقيق توزيع أكثر توازنًا لطاقة شعاع الليزر على سطح قطعة العمل من خلال تأرجح الشعاع. فعند تغيير عرض الفجوة، يتم تعديل سعة تأرجح الشعاع لتتناسب مع عرض الفجوة، مما يُؤدي إلى إدخال حرارة فعّالة إلى الجدار الجانبي.

2. صورة مجهرية للحام من الطبقة الأولى (L1) إلى الطبقة السابعة (L7) للحام بالليزر مع أو بدون تذبذب.

تقليل عيوب المسامية:

يمكن عزو آلية تثبيط تذبذب الليزر على مسام اللحام إلى تحسين استقرار الثقوب الصغيرة وزيادة سيولة المعدن السائل. يوضح الشكل 3 سلوك تدفق حوض المعدن المنصهر، كما يظهر في جزيئات التتبع، أثناء عملية اللحام. يتسبب تذبذب شعاع الضوء في تكوين حركة دورانية عالية التردد والسرعة في الثقوب الصغيرة، مما يعزز تدفق الفقاعات ويؤدي إلى "حصر" المسام المتصلبة. في الوقت نفسه، يزيد تذبذب شعاع الضوء من مساحة الثقوب الصغيرة ويقلل من احتمالية انهيارها نتيجة عدم استقرارها وتكوين الفقاعات.

3. (أ) و (ب) مسارات الجسيمات المتتبعة أثناء اللحام؛ منطقة فتح ثقب المفتاح: (ج) بدون ليزر متأرجح (د) ليزر متأرجح.

تقليل عيوب التشققات:

التشققات الحرارية هي نوع من العيوب التي تتشكل في عملية اللحام نتيجة لتفاعل الإجهاد الداخلي مع العوامل المعدنية، وغالبًا ما توجد في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) للحام. يرتبط تشكل هذه التشققات بحساسية المادة عند درجات الحرارة العالية، وإجهاد اللحام، والتركيب الكيميائي للمادة. قد تُنتج تقنية اللحام بالليزر التقليدية تشققات حرارية أثناء عملية اللحام، وذلك للأسباب التالية: أولًا، نظرًا لارتفاع طاقة اللحام بالليزر، مما يؤدي إلى تسخين وتبريد سريعين لمنطقة اللحام، وبالتالي تدرج حراري كبير وإجهاد حراري مرتفع؛ ثانيًا، قد يؤدي التفاعل المعدني في عملية اللحام إلى انفصال عناصر الشوائب ذات درجة الانصهار المنخفضة، مما يُشكل طورًا هشًا ويزيد من حساسية المادة للتشققات؛ أخيرًا، قد يؤدي التصلب السريع للمادة إلى عدم تجانس البنية المجهرية، ويكون اتجاه نمو البلورات العمودية من حوض الانصهار إلى المركز، كما هو موضح في الشكل 4. في هذه الحالة، تزداد حساسية المادة للتشققات بشكل ملحوظ.

4. وضع التصلب في اللحام بالليزر (أ) اللحام بالليزر التقليدي (ب) اللحام بالليزر المتأرجح.

تُساهم تقنية اللحام بالليزر المتذبذب في الحدّ من حدوث التشققات الساخنة أو القضاء عليها تمامًا، وذلك بفضل استخدام شعاع ليزر متذبذب. خلال عملية اللحام بالليزر المتذبذب، يُعزز التذبذب الدوري لشعاع الليزر تدفق المعدن في حوض الانصهار، مما يُحسّن تجانس البنية المجهرية، وتنمو الحبيبات بشكل محوري في مركز حوض الانصهار، كما هو موضح في الشكل 5. تعمل هذه الحبيبات المحورية كحاجز واقٍ لمنع انتشار التشققات، وكطبقة عازلة حراريًا لمنع المزيد من انتشارها. في الوقت نفسه، يُساعد الليزر المتذبذب على تقليل تكوّن الطور الهش الناتج عن انفصال المكونات، مما يُقلل من خطر التشققات الحرارية.

5. (أ) خصائص البنية المجهرية للتصلب في لحامات اللحام بالليزر التقليدية (ب) خصائص البنية المجهرية للتصلب في لحامات الليزر المتأرجحة (CCW).

بالمقارنة مع اللحام الذاتي بالليزر، تُعدّ تقنية اللحام بالليزر المتأرجح طريقة فعّالة للحدّ من المسامية ومعالجة العيوب، مثل عدم انصهار الجدران الجانبية. وبفضل تأثير تحريك شعاع الليزر على حوض المعدن المنصهر، تتميّز هذه التقنية بمزايا كبيرة في تحسين دقة التطابق بين الفجوات، وتجانس البنية المجهرية، وصقل الحبيبات. يُسهم تطبيق تقنية اللحام بالليزر المتأرجح في توسيع نطاق استخدام اللحام بالليزر، وتحقيق لحام دقيق وفعّال لقطع العمل الكبيرة واللحامات العريضة، مما يُسهّل عملية التجميع الأساسية للمنتج.