مقارنة بين اللحام بالليزر أحادي النمط ومتعدد الأنماط والحلقي والهجين

اللحام عملية ربط معدنين أو أكثر معًا باستخدام الحرارة. يتضمن اللحام عادةً تسخين المادة إلى درجة انصهارها، مما يؤدي إلى انصهار المعدن الأساسي لملء الفراغات بين الوصلات، وتكوين رابطة قوية. أما اللحام بالليزر فهو طريقة ربط تستخدم الليزر كمصدر للحرارة.

لنأخذ بطارية الطاقة ذات الغلاف المربع كمثال: يتم توصيل قلب البطارية بالليزر عبر أجزاء متعددة. خلال عملية اللحام بالليزر، تُعدّ قوة وصل المواد، وكفاءة الإنتاج، ومعدل العيوب من أهمّ العوامل التي تُعنى بها الصناعة. تنعكس قوة وصل المواد من خلال عمق وعرض الاختراق المعدني (المرتبط ارتباطًا وثيقًا بمصدر ضوء الليزر)؛ وترتبط كفاءة الإنتاج بشكل أساسي بقدرة معالجة مصدر ضوء الليزر؛ بينما يرتبط معدل العيوب بشكل أساسي باختيار مصدر ضوء الليزر. لذلك، تتناول هذه المقالة المصادر الشائعة في السوق، مع إجراء مقارنة بسيطة بين عدة مصادر ضوء ليزر، بهدف مساعدة مطوري العمليات.

لأناللحام بالليزرهي في الأساس عملية تحويل الضوء إلى حرارة، وتتضمن عدة معايير رئيسية ما يلي: جودة الشعاع (BBP، M2، زاوية التباعد)، كثافة الطاقة، قطر القلب، شكل توزيع الطاقة، رأس اللحام التكيفي، نوافذ المعالجة والمواد القابلة للمعالجة. تُستخدم بشكل أساسي لتحليل ومقارنة مصادر ضوء الليزر من هذه الاتجاهات.

مقارنة بين الليزر أحادي النمط والليزر متعدد الأنماط

تعريف الوضع الأحادي والوضع المتعدد:

يشير النمط الأحادي إلى نمط توزيع واحد لطاقة الليزر على مستوى ثنائي الأبعاد، بينما يشير النمط المتعدد إلى نمط توزيع الطاقة المكاني الناتج عن تراكب أنماط توزيع متعددة. عمومًا، يمكن استخدام قيمة معامل جودة الشعاع M² لتحديد ما إذا كان خرج ليزر الألياف أحادي النمط أو متعدد الأنماط: M² أقل من 1.3 يعني ليزرًا أحادي النمط تمامًا، وM² بين 1.3 و2.0 يعني ليزرًا شبه أحادي النمط (قليل الأنماط)، وM² أكبر من 2.0 يعني ليزرًا متعدد الأنماط.

لأناللحام بالليزرهي في الأساس عملية تحويل الضوء إلى حرارة، وتتضمن عدة معايير رئيسية ما يلي: جودة الشعاع (BBP، M2، زاوية التباعد)، كثافة الطاقة، قطر القلب، شكل توزيع الطاقة، رأس اللحام التكيفي، نوافذ المعالجة والمواد القابلة للمعالجة. تُستخدم بشكل أساسي لتحليل ومقارنة مصادر ضوء الليزر من هذه الاتجاهات.

مقارنة بين الليزر أحادي النمط والليزر متعدد الأنماط

تعريف الوضع الأحادي والوضع المتعدد:

يشير النمط الأحادي إلى نمط توزيع واحد لطاقة الليزر على مستوى ثنائي الأبعاد، بينما يشير النمط المتعدد إلى نمط توزيع الطاقة المكاني الناتج عن تراكب أنماط توزيع متعددة. عمومًا، يمكن استخدام قيمة معامل جودة الشعاع M² لتحديد ما إذا كان خرج ليزر الألياف أحادي النمط أو متعدد الأنماط: M² أقل من 1.3 يعني ليزرًا أحادي النمط تمامًا، وM² بين 1.3 و2.0 يعني ليزرًا شبه أحادي النمط (قليل الأنماط)، وM² أكبر من 2.0 يعني ليزرًا متعدد الأنماط.

كما هو موضح في الشكل: يُظهر الشكل (ب) توزيع الطاقة لنمط أساسي واحد، ويكون توزيع الطاقة في أي اتجاه يمر بمركز الدائرة على شكل منحنى غاوسي. أما الشكل (أ) فيُظهر توزيع الطاقة متعدد الأنماط، وهو توزيع الطاقة المكاني الناتج عن تراكب أنماط ليزرية مفردة متعددة. وتكون نتيجة تراكب الأنماط المتعددة منحنىً ذا قمة مسطحة.

الليزر أحادي النمط الشائع: IPG YLR-2000-SM، حيث يرمز SM إلى أحادي النمط. تستخدم الحسابات تركيزًا متوازيًا يتراوح بين 150 و250 لحساب حجم بقعة التركيز، وكثافة طاقة تبلغ 2000 واط، وتُستخدم كثافة طاقة التركيز للمقارنة.

مقارنة بين الأنماط الأحادية والأنماط المتعددةاللحام بالليزرالتأثيرات

الليزر أحادي النمط: يتميز بقطر نواة صغير، وكثافة طاقة عالية، وقدرة اختراق قوية، ومنطقة تأثر حراري صغيرة، يشبه السكين الحاد، وهو مناسب بشكل خاص للحام الصفائح الرقيقة واللحام عالي السرعة، ويمكن استخدامه مع الجلفانومتر لمعالجة الأجزاء الصغيرة والأجزاء شديدة الانعكاس (مثل العروات وقطع التوصيل، إلخ). كما هو موضح في الشكل أعلاه، يتميز الليزر أحادي النمط بفتحة مفتاح أصغر وحجم محدود لبخار المعدن الداخلي عالي الضغط، لذلك لا يعاني عادةً من عيوب مثل المسام الداخلية. عند السرعات المنخفضة، يكون المظهر خشنًا بدون نفخ هواء واقٍ. عند السرعات العالية، مع إضافة الحماية، تكون جودة معالجة الغاز جيدة، والكفاءة عالية، واللحامات ناعمة ومسطحة، ومعدل الإنتاج مرتفع. وهو مناسب للحام التراكمي ولحام الاختراق.

الليزر متعدد الأنماط: يتميز بقطر نواة كبير، وكثافة طاقة أقل قليلاً من الليزر أحادي النمط، وشفرة حادة، وفتحة مفتاح أكبر، وهيكل معدني أكثر سمكًا، ونسبة عمق إلى عرض أصغر، وعند نفس القدرة، يكون عمق الاختراق أقل بنسبة 30٪ من عمق الاختراق في الليزر أحادي النمط، لذا فهو مناسب للاستخدام في عمليات اللحام التناكبي ومعالجة الصفائح السميكة ذات فجوات التجميع الكبيرة.

تباين الليزر الحلقي المركب

اللحام الهجين: يتم دمج شعاع ليزر أشباه الموصلات بطول موجي 915 نانومتر وشعاع ليزر الألياف بطول موجي 1070 نانومتر في رأس لحام واحد. يتم توزيع شعاعي الليزر بشكل محوري، ويمكن تعديل مستويات تركيزهما بمرونة، بحيث يتمتع المنتج بخصائص ليزر أشباه الموصلات.اللحام بالليزرتظهر الإمكانيات بعد اللحام. التأثير ساطع وله عمق الألياف.اللحام بالليزر.

تستخدم أشباه الموصلات غالبًا بقعة ضوئية كبيرة يزيد قطرها عن 400 ميكرومتر، وهي المسؤولة بشكل أساسي عن التسخين المسبق للمادة، وصهر سطح المادة، وزيادة معدل امتصاص المادة لليزر الألياف (يزداد معدل امتصاص المادة لليزر مع ارتفاع درجة الحرارة).

ليزر حلقي: وحدتان من ليزر الألياف تصدران ضوء الليزر، والذي يتم نقله إلى سطح المادة من خلال ألياف بصرية مركبة (ألياف بصرية حلقية داخل ألياف بصرية أسطوانية).

شعاعان ليزريان ببقعة حلقية: الحلقة الخارجية مسؤولة عن توسيع فتحة الثقب وصهر المادة، بينما الحلقة الداخلية مسؤولة عن عمق الاختراق، مما يتيح لحامًا فائق الدقة مع أدنى حد من تناثر المعدن. يمكن مطابقة أقطار نواة طاقة الليزر للحلقة الداخلية والخارجية بحرية، كما يمكن مطابقة قطر النواة بحرية أيضًا. نافذة المعالجة أكثر مرونة من نافذة شعاع الليزر الأحادي.

مقارنة تأثيرات اللحام الدائري المركب

بما أن اللحام الهجين هو مزيج من لحام التوصيل الحراري لأشباه الموصلات ولحام الاختراق العميق للألياف البصرية، فإن اختراق الحلقة الخارجية يكون أقل عمقًا، ويكون الهيكل المعدني أكثر حدة ونحافة؛ وفي الوقت نفسه، يكون المظهر موصلًا حراريًا، ويكون حوض الانصهار ذو تقلبات صغيرة، ونطاق كبير، ويكون حوض الانصهار أكثر استقرارًا، مما ينعكس على مظهر أكثر سلاسة.

بما أن ليزر الحلقة يجمع بين لحام الاختراق العميق ولحام الاختراق العميق، فإن الحلقة الخارجية تُنتج عمق اختراق أكبر، مما يُوسع فتحة الثقب بشكل فعال. وبنفس القدرة، يكون عمق الاختراق أكبر وسمك الطبقة المعدنية أكبر، ولكن في الوقت نفسه، يكون استقرار حوض اللحام المنصهر أقل قليلاً من استقراره في لحام الألياف الضوئية، ويكون تذبذبه أكبر قليلاً من تذبذبه في لحام أشباه الموصلات المركبة، وتكون خشونة السطح أكبر نسبيًا.