
اللحام النقطي طريقة ربط سريعة وفعالة من حيث التكلفة. وهو مناسب لربط مكونات الصفائح الرقيقة بوصلات تراكبية لا تتطلب إحكامًا تامًا للهواء. وهناك أنواع عديدة من اللحام النقطي، مثل اللحام النقطي المقاوم، واللحام النقطي القوسي، واللحام النقطي اللاصق.لحام البقع المركبواللحام النقطي بالليزر. يُستخدم اللحام النقطي المقاوم حاليًا على نطاق واسع في الإنتاج. فعلى سبيل المثال، في صناعة السيارات، يتطلب تجميع مكونات هيكل السيارة ما بين 3000 و4000 نقطة لحام، وهو ما يستلزم استخدام ما بين 250 و300 روبوت، بالإضافة إلى أنظمة تحكم داعمة ومعدات مساعدة أخرى. ومع ذلك، يتميز اللحام النقطي المقاوم بقلة مرونته. ومع التطور الاقتصادي السريع، أصبحت دورة تحديث الأشكال الهندسية وهياكل مكونات السيارات قصيرة جدًا. ويتطلب تطوير المنتجات والنماذج الجديدة نوعًا جديدًا من تقنيات اللحام النقطي يتسم بالكفاءة والمرونة. لذلك، أصبحت تقنية اللحام النقطي بالليزر محط اهتمام متزايد، ومن المتوقع أن تُطبق على نطاق واسع في صناعة السيارات. وفي مجال الطيران، يجري أيضًا اختبار اللحام النقطي بالليزر كتقنية بديلة. ولطالما اعتمدت وصلات التراكب في منتجات الطيران على التثبيت بالمسامير، وهو ما ينطوي على العديد من عمليات الإنتاج وعبء عمل كبير. مع تزايد استخدام مواد جديدة مثل سبائك الألومنيوم والتيتانيوم والمواد المركبة، أصبح اعتماد تقنيات اللحام الحديثة بديلاً عن طرق الربط التقليدية اتجاهاً سائداً. لا يُحسّن هذا من كفاءة الإنتاج فحسب، بل يُقلل أيضاً من وزن الهيكل ويُلبي متطلبات التصميم الهيكلي الجديدة، وهو أمر بالغ الأهمية لمنتجات صناعة الطيران. تمنح الدقة العالية والمرونة الفائقة للحام النقطي بالليزر مزايا كبيرة في الإنتاج العملي، لا سيما في صناعة الطيران، حيث يُمكنه أن يحل محل العمليات التقليدية مثل اللحام النقطي المقاوم والتثبيت بالمسامير.
أولاً: تعريف وخصائص لحام البقعة بالليزر
تعريف
يشير اللحام الموضعي بالليزر إلى عملية صهر وربط قطع العمل باستخدام نبضة ليزر واحدة (t > 1 مللي ثانية) أو سلسلة من نبضات الليزر في نفس الموضع.
تُشبه عملية اللحام النقطي بالليزر عمليات اللحام الأخرى بالليزر؛ والفرق الوحيد هو عدم وجود إزاحة نسبية بين شعاع الليزر وقطعة العمل أثناء اللحام النقطي. وينقسم اللحام النقطي بالليزر إلى نوعين: اللحام بالتوصيل الحراري واللحام بالثقب. في اللحام بالتوصيل الحراري، يقتصر عمل الليزر على صهر المعدن دون تبخيره. تُعد هذه الطريقة أنسب للحام المعادن التي يقل سمكها عن 0.5 مم، مثل اللحام النقطي بالليزر Nd:YAG للمكونات الإلكترونية. أما في اللحام النقطي بالليزر بالثقب، فيمكن لليزر اختراق المادة مباشرةً من خلال الثقب، مما يزيد من كفاءة استخدام طاقة الليزر ويحقق عمق اختراق أكبر. في حين أن اللحام النقطي التقليدي بالمقاومة يعتمد على صهر قطع العمل لتشكيل نقاط اللحام باستخدام الحرارة الناتجة عن التيار الكهربائي، فإن مصدر الحرارة في اللحام النقطي بالليزر هو إشعاع الليزر، مما ينتج عنه أشكال مختلفة تمامًا لنقاط اللحام.
تشمل المعايير القابلة للتعديل في لحام البقعة بالليزر عادةً قدرة الليزر، ومدة اللحام، ومقدار عدم التركيز. أما في لحام البقعة باستخدام نمط النبض، فتشمل المعايير أيضًا شكل موجة النبضة، والتردد، ودورة التشغيل. من بين هذه المعايير، تؤثر قدرة الليزر بشكل رئيسي على عمق اختراق بقعة اللحام، بينما تؤثر مدة اللحام بشكل أكبر على حجمها الجانبي. عمومًا، كلما زادت مدة عمل الليزر، زاد حجم السطحين العلوي والسفلي لبقعة اللحام، وكذلك حجم سطح الانصهار. أما التغيرات في مقدار عدم التركيز فتؤثر بشكل رئيسي على قطر البقعة وكثافة الطاقة المؤثرة على سطح قطعة العمل، مما يؤثر بشكل كبير على الشكل العام لبقعة اللحام.
صفات
- باستخدام الليزر كمصدر للحرارة، توفر عملية اللحام النقطي سرعة عالية ودقة عالية ومدخلات حرارية منخفضة وتشوهًا ضئيلاً لقطعة العمل.
- تم تحسين درجة الحرية في أوضاع اللحام النقطي بشكل كبير، مما يتيح اللحام النقطي في جميع الأوضاع ويسهل تنفيذه.لحام موضعي أحادي الجانبوبالتالي تعزيز حرية تصميم المنتج بشكل كبير.
- تتميز عملية اللحام النقطي بالليزر بمتطلبات منخفضة فيما يتعلق بحجم وصلات التراكب. ولا توجد قيود تُذكر على معايير مثل عدد وصلات التراكب والمسافة بين نقاط اللحام، كما لا داعي لمراعاة تأثير تحويل التيار.
- بالنسبة للحام الصفائح غير المتساوية السماكة والمواد المختلفة والمواد الخاصة (سبائك الألومنيوم والصفائح المجلفنة)، فإن اللحام النقطي بالليزر يؤدي أداءً أفضل من طرق اللحام النقطي التقليدية.
- لا يتطلب الأمر عددًا كبيرًا من المعدات المساعدة، ويمكنه التكيف بسرعة مع تغييرات المنتج، ويلبي متطلبات السوق.

ثانياً: تحليل عيوب اللحام النقطي بالليزر
تُعد الشقوق والمسام والترهل أكثر العيوب شيوعًا في لحام البقع بالليزر، والتي سيتم تحليلها واحدة تلو الأخرى أدناه.
1. الشقوق
تُقسم الشقوق إلى شقوق سطحية وشقوق طولية. تتميز عمليات التسخين والتبريد أثناء لحام البقعة بالليزر بسرعة فائقة، مما يُؤدي إلى تدرج حراري كبير بين المنطقة المُسخّنة والمعدن المحيط بها، وهو ما يُسهّل تكوّن الشقوق. يرتبط ظهور الشقوق ارتباطًا وثيقًا بنوع المادة؛ فعلى سبيل المثال، تميل سبائك الألومنيوم إلى التشقق أثناء لحام البقعة بالليزر أكثر من الفولاذ المقاوم للصدأ. ومن الطرق الفعّالة للحدّ من تكوّن الشقوق تحسين شكل موجة النبضة للتحكم في معدل تبريد عملية تصلّب المعدن وتقليل الإجهاد الداخلي.
2. المسام
يمكن تقسيم العيوب المسامية (المسام) في لحام البقعة بالليزر إلى مسام صغيرة ومسام كبيرة. تنشأ المسام الصغيرة بشكل رئيسي نتيجة انخفاض ذوبان الهيدروجين في المعدن السائل أثناء تصلبه، بالإضافة إلى التبخر السريع للمعدن في ثقب اللحام واضطراب حوض المعدن المنصهر. أما المسام الكبيرة فتنشأ بشكل رئيسي نتيجة معدل التبريد السريع جدًا أثناء لحام البقعة بالليزر، مما لا يترك وقتًا كافيًا لملء المعدن المحيط بثقب اللحام. عمومًا، تتشكل المسام الصغيرة بكثرة في لحام البقعة ذي النبضات الطويلة، بينما تتشكل المسام الكبيرة بكثرة في لحام البقعة ذي النبضات القصيرة.
توجد منطقتان تكثر فيهما المسامات في لحام البقعة الليزرية: الأولى قرب منطقة الانصهار في منتصف بقعة اللحام، والثانية عند جذر اللحام. تُظهر صور الانصهار الملتقطة بالأشعة السينية أن المسامات قرب منطقة الانصهار تنتج أساسًا عن تضيّق فتحة اللحام عند انغلاقها؛ أما المسامات عند جذر اللحام، فتتشكل أساسًا نتيجة انهيار فتحة اللحام بسبب التلاشي السريع لليزر بعد تشكلها.
3. الترهل
يُعدّ الترهل ظاهرةً واضحةً في لحام البقعة بالليزر. وينتج الترهل المركزي على سطح بقعة اللحام وتراكم المعدن حولها عن قوة الارتداد الناتجة عن تبخر المعدن، والتي تدفع المعدن السائل نحو سطح بقعة اللحام. وخلال عملية التبريد، يتصلب المعدن المتراكم على السطح بسرعة، ولا يمكن تعويضه بالكامل. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ فقدان المادة الناتج عن التبخر السريع للمعدن وتناثره عاملاً آخر يُسهم في الترهل المركزي. ويؤثر زمن النبضة تأثيراً كبيراً على كلٍّ من ترهل سطح بقعة اللحام وتكوّن المسام. ويمكن الحصول على بقع لحام مُرضية من خلال تحسين شكل موجة النبضة وزمنها.
4. تأثير مقدار عدم التركيز على نقاط اللحام
تؤثر التغيرات في مقدار عدم التركيز بشكل مباشر على قطر البقعة وكثافة الطاقة. فعندما يزداد مقدار عدم التركيز في الاتجاهين السالب والموجب، يزداد قطر البقعة بينما تنخفض كثافة الطاقة. أثناء لحام البقعة بالليزر، توجد علاقة طردية بين قطر البقعة وحجم الثقب الأولي المتكون نتيجة سقوط شعاع الليزر على قطعة الاختبار، بينما تحدد كثافة الطاقة معدل تمدد حوض اللحام المنصهر. عندما تكون القيمة المطلقة لمقدار عدم التركيز صغيرة، يكون قطر بقعة الليزر صغيرًا، وكثافة طاقة الليزر عالية، ومعدل تمدد حوض اللحام المنصهر سريعًا، لكن قطر الثقب الأولي يكون صغيرًا. على النقيض من ذلك، عندما يكون مقدار عدم التركيز كبيرًا، يكون قطر الثقب الأولي كبيرًا، لكن معدل تمدد حوض اللحام المنصهر يتباطأ، وقد لا يكون حجم بقعة اللحام الناتج كبيرًا. لذلك، أثناء تغير مقدار عدم التركيز، يحدد التأثير الشامل لقطر البقعة وكثافة طاقة سطح بقعة اللحام حجم بقعة اللحام.
ثالثًا: تطبيق تقنية اللحام النقطي بالليزر
تتميز عملية اللحام النقطي بالليزر بالسرعة العالية، وعمق الاختراق الكبير، والحد الأدنى من التشوه، ويمكن إجراؤها في درجة حرارة الغرفة أو في ظروف خاصة باستخدام معدات لحام بسيطة. بالإضافة إلى ذلك، فقد أتاح ظهور ليزرات النبض عالية التردد (بتردد يزيد عن 40 نبضة في الثانية) تطبيق اللحام النقطي بالليزر على نطاق واسع في تجميع ولحام المكونات الدقيقة والصغيرة في الإنتاج الآلي الضخم. عند لحام المكونات الإلكترونية الصغيرة التي تتطلب منطقة متأثرة بالحرارة صغيرة - مثل وصل الزجاج بالمعدن، ووصل الوصلات في دوائر أشباه الموصلات الحساسة للحرارة، ووصل المعادن المختلفة في الأسلاك - يُعد اللحام النقطي بالليزر أكثر فائدة من عمليات اللحام النقطي التقليدية (مثل اللحام النقطي المقاوم)، حيث ينتج عنه نقاط لحام خالية من التلوث وجودة لحام عالية. يوضح الشكل 6-60 مثالًا تطبيقيًا للحام النقطي بالليزر في إنتاج مصابيح السيارات الأمامية: حيث يُولّد ليزر نبضي ذو حالة صلبة بقدرة 500 واط أربع نقاط لحام متشابهة بتردد نبضي عالٍ جدًا.
عند إجراء لحام موضعي عالي الدقة على الهياكل الدقيقة باستخدام طاقة نبضية عالية، تتمتع ليزرات Nd:YAG النبضية بمزايا تقنية واقتصادية. في معظم تطبيقات اللحام الموضعي الصناعية، تُستخدم بشكل أساسي ليزرات الحالة الصلبة النبضية بقدرة متوسطة تبلغ 50 واط وقدرة نبضية تزيد عن 2 كيلو واط. يمكن لليزر أن يعمل مباشرة على قطعة العمل من خلال الألياف البصرية أو عدسات التركيز المركبة. تُعدّ تقنية اللحام النقطي بالليزر قابلة للتطبيق على نطاق واسع من المواد. على سبيل المثال، عند لحام بطاريات الليثيوم باستخدام ليزر النيوديميوم:تقنية اللحام الموضعي بالليزر YAGيُعدّ توصيل المعادن المختلفة أكثر كفاءة من لحام TIG ولحام المقاومة النقطية. وبالتحديد، نظرًا لاستخدام الألياف الضوئية لنقل أشعة الليزر أثناء الإنتاج، يُصبح التنقل بين طاولات العمل المختلفة سريعًا ومرنًا. باختصار، تتميز عملية اللحام النقطي بالليزر بالخصائص التالية:
- مع زيادة قدرة الليزر، يتذبذب قطر سطح بقعة اللحام صعودًا وهبوطًا، بينما يزداد قطر سطح الانصهار والسطح السفلي ببطء. ولا يكون التغير في شكل المقطع العرضي لبقعة اللحام واضحًا. ومع ازدياد مدة اللحام، يزداد حجم بقعة اللحام بسرعة، ويكون معدل تغير قطر سطح الانصهار أكبر من معدل تغير قطري السطحين العلوي والسفلي. ويؤثر تغير مقدار عدم التركيز تأثيرًا كبيرًا على حجم بقعة اللحام، إذ يُغير مباشرةً قطر البقعة وكثافة قدرة الليزر، ويحدد التأثير المُجتمع لهذين العاملين حجم بقعة اللحام.
- في حالة الاختراق الكامل، يظهر ترهل واضح على سطح لحام البقعة الليزرية. ومع زيادة قدرة الليزر ومدته، يزداد عمق الترهل على سطح بقعة اللحام. وعندما تكون مدة اللحام أو حجم الفجوة كبيرين، قد يظهر انخفاض في السطح السفلي أيضًا.
- مع ازدياد الفجوة، يصبح التشوه العام لنقطة اللحام، والترهل المركزي، والانبعاج واضحًا. يتقلص سطح الانصهار، وتنخفض القوة بسرعة. حاليًا، في لحام المقاومات والبطاريات والإلكترونيات، تُستخدم عملية لحام نقطتين في آنٍ واحد بشكل شائع، والتي تعتمد عادةً على تصميم مزود بمصدرين ضوئيين ليزريين.
تاريخ النشر: 27 أكتوبر 2025