مجموعة اللحام
1. فجوة التجميع وعدم المحاذاة
تُعدّ جودة التجميع أساسية لضمان جودة اللحام. فالفجوات الكبيرة أو عدم المحاذاة في التجميع قد تُسبب عيوبًا مثل الاحتراق، وضعف تكوين اللحام، وعدم اكتمال الاختراق. يجب أن تكون فجوة التجميع في وصلات الزاوية والوصلات التناكبية صغيرة قدر الإمكان. يوضح الجدول 8-2 متطلبات الفجوات وعدم المحاذاة في اللحام الذاتي بالليزر المحمول يدويًا.
لضمان أبعاد قطعة العمل، وتقليل التشوه، ومنع عدم محاذاة منطقة اللحام نتيجةً للتشوه الالتوائي أثناء اللحام، يُشترط عادةً إجراء لحام تثبيت قبل اللحام النهائي. وتُستخدم نفس طريقة اللحام النهائي في لحام التثبيت. يتراوح طول لحام التثبيت بين 20 و30 مم، وتكون متطلبات الجودة فيه (مثل عمق الاختراق وعرضه) أقل من متطلبات اللحام النهائي. كما تُستخدم سرعة حركة أعلى في لحام التثبيت مقارنةً باللحام النهائي. ولضمان اتصال موثوق للحام التثبيت، يجب أن يكون مسطحًا وطويلًا ورفيعًا، وألا يكون كبيرًا أو عريضًا أو مرتفعًا بشكل مفرط. كما يتطلب لحام التثبيت حماية كافية لتجنب الأكسدة.
3. أدوات التثبيت والمشابك
تُستخدم عملية اللحام بالليزر في الغالب لـلحام الصفائح الرقيقةفي لحام الصفائح الرقيقة، يُجرى اللحام عادةً على الوجه الأمامي لقطعة العمل، مع ضمان انصهار كافٍ على الوجه الخلفي للحصول على لحام خلفي متقن. عند اختيار المعايير: قد يؤدي انخفاض مدخلات الحرارة إلى عدم اكتمال الانصهار على الوجه الخلفي؛ بينما قد يؤدي ارتفاع مدخلات الحرارة، مع ضمان اختراق كامل للوجه الخلفي، إلى احتراق بسبب وزن المعدن المنصهر أو عدم تناسب عرض الانصهار مع سُمك قطعة العمل. ولمنع الاحتراق، إذا كانت قطعة العمل قابلة للتثبيت، فينبغي استخدام أدوات تثبيت لتثبيتها أثناء لحام الصفائح الرقيقة - وذلك بالضغط على الوجه الأمامي ووضع صفيحة دعم من النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجه الخلفي. يمنع هذا حدوث تغييرات في فجوات التجميع أو عدم المحاذاة الناتجة عن تشوه اللحام، ويتجنب الانهيار الحراري. عندما يكون تبديد الحرارة غير متساوٍ في مناطق قطعة العمل لأسباب هيكلية، يكون استخدام أدوات التثبيت لموازنة تبديد الحرارة فعالاً أيضاً، بهدف تكوين لحامات بأبعاد موحدة على كل من الوجهين الأمامي والخلفي.
اختيار معايير اللحام
بشكل عام، تشمل معايير اللحام بالليزر طاقة الليزر، وعرض نبضة الليزر، ومقدار عدم التركيز، وسرعة اللحام، وغاز الحماية.
1. قوة الليزر
توجد عتبة لكثافة طاقة الليزر في لحام الليزر. دون هذه العتبة، يكون عمق الاختراق ضحلاً؛ وبمجرد الوصول إليها أو تجاوزها، يزداد عمق الاختراق بشكل ملحوظ. لا يتولد البلازما إلا عندما تتجاوز كثافة طاقة الليزر على قطعة العمل هذه العتبة، مما يشير إلى لحام اختراق عميق مستقر. دون هذه العتبة، يحدث انصهار سطحي فقط (لحام توصيل حراري مستقر). بالقرب من الحالة الحرجة لتكوين ثقب المفتاح، يتناوب لحام الاختراق العميق ولحام التوصيل الحراري، مما ينتج عنه عملية غير مستقرة مع تقلبات كبيرة في عمق الاختراق. تُعد طاقة الليزر من أهم المعايير في معالجة الليزر، وهي عامل رئيسي في تحديد عمق اختراق اللحام. بالنسبة لقطر بقعة تركيز ثابت، تتناسب كثافة طاقة الليزر طرديًا مع طاقة الليزر: فالطاقة الأعلى تزيد من عمق الاختراق وسرعة اللحام. مع ذلك، تتسبب الطاقة الزائدة في ارتفاع شديد في درجة حرارة حوض اللحام المنصهر، وزيادة عرض اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة، وتؤدي إلى مزيد من التناثر، مما قد يلوث عدسة اللحام. عند استخدام طاقة عالية، يمكن تسخين الطبقة السطحية إلى درجة الغليان وتبخيرها بشكل ملحوظ في غضون أجزاء من الثانية، مما يجعلها مثالية لعمليات إزالة المواد مثل الحفر والقطع والنقش. أما عند استخدام طاقة منخفضة، فيستغرق السطح أجزاء من الثانية للوصول إلى درجة الغليان، وتنصهر الطبقة الداخلية قبل تبخر السطح، مما يسهل عملية اللحام الانصهاري.
2. عرض نبضة الليزر
يُعدّ عرض نبضة الليزر، أو "عرض النبضة"، معيارًا أساسيًا في لحام الليزر النبضي. ويتحدد هذا العرض بعمق الاختراق والمنطقة المتأثرة بالحرارة: فكلما زاد عرض النبضة، زادت المنطقة المتأثرة بالحرارة، بينما يزداد عمق الاختراق مع الجذر التربيعي لعرض النبضة. مع ذلك، يُقلل عرض النبضة الطويل من ذروة الطاقة، لذا يُستخدم عادةً في لحام التوصيل الحراري، مُشكّلاً لحامات واسعة وضحلة، وهي مناسبة بشكل خاص لوصلات التراكب بين الصفائح الرقيقة والسميكة. لكن انخفاض ذروة الطاقة يُسبب زيادة مفرطة في الحرارة المُدخلة، ولكل مادة عرض نبضة أمثل لتحقيق أقصى عمق اختراق.
3. اختيار مقدار عدم وضوح الصورة
يُعد موضع النقطة التي يتم التركيز عليها أمراً بالغ الأهمية فيلحام الانصهار بالليزرعندما يكون تركيز الليزر أعلى سطح قطعة العمل، يكون عمق الاختراق ضئيلاً، مما يجعل اللحام العميق صعباً. أما عندما يكون التركيز أسفل السطح، فتكون كثافة الطاقة داخل قطعة العمل أعلى منها على السطح، مما يعزز الانصهار والتبخر، ويُمكّن الطاقة من الانتقال إلى عمق أكبر داخل قطعة العمل، وبالتالي يزيد من عمق الاختراق. يوجد نمطان لعدم التركيز: عدم التركيز الموجب (مستوى التركيز أعلى قطعة العمل) وعدم التركيز السالب (مستوى التركيز أسفل قطعة العمل). عملياً، بالنسبة للصفائح السميكة التي تتطلب عمق اختراق كبير، يُستخدم عدم التركيز السالب، حيث يكون تركيز الليزر عادةً على بُعد 1-2 مم أسفل سطح قطعة العمل. أما بالنسبة للصفائح الرقيقة، فيُفضل استخدام عدم التركيز الموجب، حيث يكون التركيز على بُعد 1-1.5 مم أعلى السطح.
4. سرعة اللحام
مع تثبيت المعايير الأخرى، يقل عمق الاختراق مع زيادة سرعة اللحام، بينما تتحسن الكفاءة. السرعات العالية جدًا لا تفي بمتطلبات الاختراق؛ والسرعات المنخفضة جدًا تتسبب في زيادة الانصهار، وظهور لحامات واسعة، وارتفاع درجة حرارة المنطقة المتأثرة بالحرارة، وزيادة ميل اللحام للتشقق الساخن.اللحام بالليزر النبضيتتحدد السرعة أيضًا بتردد النبضات الأقصى وتداخل البقع المطلوب - إذ يجب أن تتداخل كل بقعة نبضة لاحقة إلى حد ما. وبالتالي، بالنسبة لقدرة ليزر معينة وسماكة مادة محددة، يوجد نطاق سرعة مثالي، يتم ضمنه تحقيق أقصى عمق اختراق عند سرعة معينة.
5. غاز واقٍ
تُستخدم الغازات الخاملة غالبًا لحماية حوض المعدن المنصهر أثناء اللحام بالليزر. ورغم أن بعض المواد قد لا تتطلب حماية من أكسدة السطح، إلا أن معظم التطبيقات تتطلبها. تقليديًا، يُستخدم غاز الأرجون (Ar) والنيتروجين (N₂) والهيليوم (He) في لحام سبائك الألومنيوم بالليزر لمنع الأكسدة. نظريًا، يُعد الهيليوم الأخف وزنًا والأعلى طاقة تأين، ولكن عند استخدام طاقة منخفضة وسرعات عالية، تكون البلازما ضعيفة، مما يقلل من الفروقات بين الغازات. تُظهر الدراسات أنه في ظل الظروف نفسها، يُحفز النيتروجين (N₂) تكوين ثقوب اللحام بسهولة أكبر نتيجةً للتفاعلات الطاردة للحرارة مع الألومنيوم؛ وتتميز مركبات الألومنيوم-أكسيد النيتروجين الثلاثية الناتجة بامتصاص أعلى لليزر. مع ذلك، يُشكل النيتروجين النقي أطوارًا هشة من الألومنيوم-نيتروجين ومسامًا في اللحامات. أما الغازات الخاملة، نظرًا لخفة وزنها، فتتسرب دون التسبب في مسام، مما يجعل الغازات المختلطة أكثر فعالية. وقد ازدادت مؤخرًا الأبحاث حول لحام الألومنيوم بالليزر باستخدام مخاليط الأرجون-الأكسجين والنيتروجين-الأكسجين.
6. امتصاص المواد
يعتمد امتصاص المواد لطاقة الليزر على خصائص مثل الامتصاصية، والانعكاسية، والتوصيل الحراري، ودرجة حرارة الانصهار، ودرجة حرارة التبخر، وتُعد الامتصاصية العامل الأكثر أهمية. تشمل العوامل المؤثرة على الامتصاصية ما يلي:
المقاومة الكهربائية: بالنسبة للأسطح المصقولة، فإن الامتصاصية تتناسب مع الجذر التربيعي للمقاومة، والتي تتغير بتغير درجة الحرارة.
حالة السطح: تؤثر بشكل كبير على الامتصاص وبالتالي على نتائج اللحام.
نصائح وإرشادات تشغيلية ومحظورات لحام الألياف الليزرية المحمولة باليد
1. تجنب الإشعاع القوسي
لحامات ليزر الألياف المحمولة باليداستخدم ليزرات الألياف من الفئة الرابعة التي تُصدر إشعاعًا بطول موجي (1080±3) نانومتر، وبقدرة خرج تتجاوز 1000 واط (حسب الطراز). قد يُؤدي التعرض المباشر أو غير المباشر إلى تلف العينين أو الجلد. على الرغم من أن الشعاع غير مرئي، إلا أنه قد يُسبب تلفًا دائمًا في شبكية العين أو القرنية. ارتدِ دائمًا نظارات واقية معتمدة من الليزر أثناء تشغيله. لا تنظر أبدًا مباشرةً إلى رأس الخرج أثناء تشغيل الليزر، حتى مع ارتداء النظارات الواقية.
2. ضبط معايير اللحام
اضبط طاقة الليزر على مستوى منخفض عبر شاشة اللمس (كما هو موضح في الشكل 8-2). ضع فوهة رأس اللحام النحاسية على قطعة العمل واضغط على زر تشغيل الشعلة لإطلاق الليزر. المعايير النموذجية: تردد الليزر 5000 هرتز، سرعة الجلفانومتر 300-600، تأخير الغاز >100 مللي ثانية، دورة تشغيل 100% للانبعاث المستمر. اضبط عرض اللحام بناءً على فجوات التجميع؛ الطاقة قابلة للتعديل من 0 إلى 1000 واط (0-100% من الحد الأقصى). بعد إدخال المعايير، انقر على "موافق" واحفظ الإعدادات لتفعيلها.
4. لا تزيد سرعة اللحام بشكل مفرط
تُشكّل اللحامات بتحريك مصدر الليزر (انظر الشكل 8-3). يعتمد العمق والعرض على السرعة والطاقة، حيث تتراوح السرعات النموذجية بين 1 و3 أمتار/دقيقة، مما ينتج عنه أسطح ناعمة وخالية من القشور بنسبة عرض إلى ارتفاع أقل من 1. عند ثبات التيار والجهد، يؤثر تغيير السرعة بشكل مباشر على كمية الحرارة المُدخلة، مما يُغير الاختراق والعرض. أما السرعات العالية جدًا فتؤدي إلى تسخين غير كافٍ، مما يُقلل من الاختراق، ويُضيّق العرض، ويُسبب تآكلًا جانبيًا، ومسامًا، واختراقًا غير كامل.
التنظيف الميكانيكي: استخدم فرشًا من الفولاذ المقاوم للصدأ أو عجلات هوائية لإزالة الأكاسيد حتى الحصول على سطح أبيض ناصع. قم باللحام فورًا بعد التلميع؛ أعد التلميع إذا تأخر اللحام لأكثر من 36 ساعة.
التنظيف الكيميائي: إزالة الأكاسيد باستخدام التفاعلات الكيميائية (تختلف الطرق باختلاف المادة). يوضح الجدول 8-3 طرق التنظيف الكيميائي لسبائك الألومنيوم. إزالة الزيت/الغبار باستخدام المذيبات العضوية (البنزين، كحول الأيزوبروبيل) عن طريق النقع والمسح والتجفيف.
5. تقليل المسامية
تُعدّ المسامات الهيدروجينية شائعة في لحام سبائك الألومنيوم بالليزر. يمكن تقليلها بإزالة الرطوبة والزيوت والأكاسيد السطحية. كما يُساعد إطالة زمن تبريد حوض الانصهار (عن طريق زيادة عرض النبضة) على خروج الغازات، حيث تحدّ دورة التسخين السريعة في لحام الليزر من انبعاث الغازات. تجنّب وضعيات التركيز أو عدم التركيز السلبي، حيث تُؤدي التفاعلات الشديدة في حوض الانصهار وتبخر السبيكة إلى زيادة المسامية؛ استخدم طاقة أقل عبر ضبط عدم التركيز لتقليل التبخر.
6. انتبه لوضعية مسك المصباح
تُعدّ مشاعل الليزر المحمولة (انظر الشكل 8-4) أثقل وزنًا من مشاعل لحام TIG، كما أنها مزودة بكابلات سميكة، مما يُسبب إجهادًا للمستخدم. عند اللحام لفترات طويلة، أمسك المشعل بكلتا يديك، وحافظ على فوهة المشعل ملامسةً لقطعة العمل، وراقب خط اللحام بصريًا، ثم اسحب المشعل بثبات نحوك. اضبط وضعية جسمك وفقًا لوضعية اللحام لتقليل الإجهاد وعدد المفاصل.
7. الوقاية من إصابات الليزر
قد يؤدي التشغيل غير السليم إلى وقوع حوادث. اتبع هذه القواعد:
لا تحدق أبداً في رأس إخراج الليزر أثناء التشغيل.
لا تستخدمليزر الألياففي البيئات المعتمة/المظلمة.
لا توجه المصباح اليدوي نحو الأشخاص أبداً عندما يكون الجهاز قيد التشغيل.
استخدم حواجز معدنية على بعد 3 أمتار من منطقة اللحام.
يُقتصر الدخول إلى منطقة اللحام على المشغلين فقط.
ارتدِ معدات الوقاية الشخصية (نظارات واقية معتمدة، أقنعة، قفازات). لا تحدق أبدًا في رأس الإخراج أثناء تشغيل الليزر، حتى مع ارتداء النظارات الواقية.
تعامل مع المصباح والكابل بحرص (الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء >200 مم).
قم بتعطيل مفتاح انبعاث الليزر عند عدم استخدامه.
تأكد من جودة الفوهة لتوفير حماية فعالة من الغاز:
جدران داخلية ملساء، متحدة المركز مع الليزر.
استبدل الفوهات المشوهة على الفور للحفاظ على حركة ثابتة للشعلة.
يؤثر حجم فتحة الفوهة (انظر الشكل 8-6) على جودة اللحام: الفتحات الأكبر تزيد من تدفق الغاز، مما يؤدي إلى تسريع التصلب وزيادة مخاطر المسامية/التشقق.
8. تجنب السرعات العالية للسبائك الحساسة للتشقق
لحام الليزر المحمول باليدتستخدم هذه التقنية مشاعل جلفانومتر متذبذبة ذاتية التوليد وخالية من الأسلاك. تؤدي السرعات العالية إلى تقليل الاختراق، وتضييق اللحامات، وتسبب التآكل، وتعطيل تغطية غاز الحماية، مما يزيد من ضعف الحماية. يُنصح باستخدام سرعات أقل مع السبائك الحساسة للتشقق.
9. ضمان جودة الوصلات
قد تتسبب اختلافات درجات الحرارة واللحام بدون أسلاك في حدوث احتراق أو حفر أو تشققات في الحفر. استمر في اللحام لتقليل التوقفات؛ وإذا كانت التوقفات حتمية (مثل تغيير الوضع أو اللحام المجزأ)، فقم بإبطاء السرعة قليلاً (10 مم) قبل التوقف لمنع حدوث الحفر. استأنف اللحام على بعد 20 مم خلف الحفرة السابقة لضمان التداخل والجودة.
10. اتبع حركة المصباح الصحيحة
اسحب الشعلة نحوك (من البعيد إلى القريب) دون اهتزاز جانبي. حافظ على سرعة ثابتة مع مراقبة تشكيل اللحام بشكل متناسق. في اللحام العمودي، استخدم حركة لأسفل (وليس لأعلى) لتسريع عملية التصلب وضمان حركة ثابتة.
11. تجنب التآكل السفلي، والزوايا الصغيرة، والانهيار في لحامات التراكب
في لحامات التراكب، اضبط زاوية سقوط الليزر بحيث يغطي الجلفانومتر ثلثي الصفيحة الرأسية (انظر الشكل 8-7). يؤدي ذلك إلى انصهار الصفيحة الرأسية (كمادة مالئة) وثلث الصفيحة الأساسية عن طريق التوصيل الحراري، مما يُشكّل لحامًا بحجم مناسب بعد التبريد. تُضعف لحامات التراكب الرديئة قوة الوصلة، وتقلل من مقاومة التشققات، أو قد تُسبب انهيارًا هيكليًا - تجنب التآكل.
12. تقليل الانعكاسية في لحام سبائك الألومنيوم
يعكس الألومنيوم ما بين 60% و98% من طاقة الليزر. تنخفض الانعكاسية بشكل حاد عند نقطة الانصهار وتستقر عند الانصهار. تقل الامتصاصية مع ازدياد زاوية السقوط؛ ويحدث أقصى امتصاص عند السقوط العمودي (مع مراعاة حماية العدسة). يمكن تقليل الانعكاسية بإزالة الأكاسيد عن طريق التنظيف الميكانيكي أو الكيميائي.
13. الاستخدام الصحيح لغاز الحماية
يؤثر الغاز الواقي على تكوين اللحام واختراقه وعرضه. معظم الغازات تُحسّن الجودة، ولكن قد يكون لها عيوب.
الأرجون: طاقة تأين منخفضة، وتكوين بلازما عالي (مما يقلل من كفاءة الليزر) ولكنه خامل ومنخفض التكلفة وكثيف - يغطي بشكل فعال حوض الصهر (مثالي للاستخدام العام).
النيتروجين: طاقة تأين متوسطة (يُقلل البلازما بشكل أفضل من الأرجون)، ولكنه يتفاعل مع الألومنيوم/الفولاذ الكربوني مُكَوِّنًا نتريدات هشة، مما يُقلل من المتانة (لا يُنصح باستخدامه مع هذه المواد). مناسب للفولاذ المقاوم للصدأ، حيث تُعزز النتريدات قوته.
14. معدل تدفق غاز الحماية
يُقذف الغاز عبر الفوهة بضغط محدد. يُعدّ التصميم الهيدروديناميكي للفوهة وقطر مخرجها عاملين حاسمين: يجب أن يكون قطرها كافيًا لتغطية منطقة اللحام، ولكن مع تقييد التدفق لمنع التدفق المضطرب (الذي يسحب الهواء ويُسبب المسامية). في لحام الليزر اليدوي، يبلغ معدل التدفق النموذجي 7 لترات/دقيقة. يؤدي التدفق الزائد إلى تحريك الملوثات في حوض اللحام المنصهر، مما يُؤثر سلبًا على نقاء الغاز - لذا اختر معدل التدفق المناسب.
15. موضع تركيز الليزر
موضع التركيز: أصغر بقعة، أعلى طاقة - يُستخدم لـاللحام الحراريأو متطلبات منخفضة الطاقة، ومتطلبات حجم البقعة الدنيا (انظر الشكل 8-8).
عدم التركيز السلبي: بقعة أكبر (تزداد مع المسافة من التركيز) - مناسبة للحام المستمر ذي الاختراق العميق ولحام البقعة العميقة.
عدم التركيز الإيجابي: بقعة أكبر (تزداد مع المسافة من التركيز) - مناسبة لإحكام إغلاق الأسطح أو اللحام المستمر منخفض الاختراق.
التحكم في اللحام الكامل: يشير تغير طفيف في لون الجزء الخلفي إلى جودة جيدة؛ أما العلامات الواضحة/الاختراق فتؤدي إلى تناثر اللحام أو ظهور أخاديد عميقة في اللحام المستمر. اضبط التركيز والطاقة وشكل الموجة بناءً على العينات. استخدم نقاطًا أصغر للمواد الرقيقة لتجنب الاحتراق.
تاريخ النشر: 21 أغسطس 2025
