لماذا نحتاج إلى لحام الأسلاك بالليزر؟

بالمقارنة مع طرق اللحام التقليدية،اللحام بالليزريتميز بمزايا هامة - انخفاض مدخلات الحرارة، وسرعة اللحام العالية، وصغر المنطقة المتأثرة بالحرارة،

في السنوات الأخيرة، تم استخدام اللحام بالليزر على نطاق واسع في صناعة السيارات، وصناعة بناء السفن، وصناعة الطاقة النووية، وصناعة الطيران والفضاء.

تُستخدم هذه التقنيات على نطاق أوسع في صناعة الطيران وغيرها من الصناعات عالية التقنية، ومع انخفاض تكلفة مجموعات المعدات الكاملة، أصبحت تُستخدم في مستلزمات الأجهزة اليومية.

وبدأت تطبيقات أخرى متعلقة بالحياة في النمو بسرعة. ولكن في الوقت نفسه، فإن لحام الليزر الأحادي له بعض العيوب.

لا يمكن تلبية الاحتياجات المتزايدة التنوع: أولاً، متطلبات فجوة تجميع اللحام بالليزر الفردي صارمة للغاية،

عادةً ما يُشترط وجود فجوة أقل من 0.2 مم، وإلا فسيكون من الصعب تحقيق اتصال جيد؛ ثانياً،لحام الليزر الأحاديحساس للغاية لتشققات اللحام

من السهل جدًا حدوث تشققات في اللحام، ولا يمكن تعديل تركيبة اللحام للتحكم في ظهور هذه التشققات؛ ثالثًا، أحادي

تتطلب عملية اللحام بالليزر استخدام ليزرات ذات طاقة فائقة عند لحام الصفائح ذات السماكة الكبيرة، وتعتمد قدرة اختراقها كلياً على قوة الليزر.

ولا يمكن ضمان جودة اللحام بشكل كامل.

ولتلبية احتياجات تطوير مختلف الصناعات، تم تحسين أساليب اللحام بالليزر، وجرى تطويرها بما يتناسب مع ذلك، كما هو موضح في هذه المقالة.

يتم شرح لحام ملء الأسلاك بالليزر وطرق اللحام الأخرى. وقد تم تطوير لحام ملء الأسلاك بالليزر على أساس لحام الليزر الأحادي.

بالمقارنة مع اللحام بالليزر الأحادي، فإنه يتمتع بمزايا واضحة:

①يقلل هذا بشكل كبير من متطلبات تجميع قطعة العمل، لأنه بإضافة سلك اللحام إلى عملية اللحام، سيزداد حجم معدن حوض اللحام بشكل كبير ويمكن ربطه.

قم بالتوصيل بفجوة لحام أكبر، مع جعل اللحام أكثر امتلاءً؛

يمكن التحكم في خصائص البنية المجهرية لمنطقة اللحام، لأن تركيبة سلك اللحام تختلف عن تركيبة المادة الأساسية لوصلة اللحام.

بعد صهر السلك في حوض اللحام، يمكن تعديل جودة وتكوين ونسبة حوض اللحام للتحكم في عملية التصلب وتكوين البنية المجهرية.

(3) مدخلات طاقة الخط صغيرة، والمنطقة المتأثرة بالحرارة والتشوه الحراري صغيران، وهو أمر مفيد للغاية للحام قطعة العمل ذات متطلبات التشوه الصارمة؛

④يمكن تحقيق لحام مواد أكثر سمكًا باستخدام طاقة ليزر أقل، وذلك بفضل إضافة سلك اللحام إلى عملية اللحام، مما يسمح بإجراء عمليات لحام متعددة.

سيتم توسيع معدن حوض اللحام بشكل كبير، بحيث يمكن فتح وصلة اللحام لتقليل الحجم الفعلي للحام.

سمك اللحام بالليزر، ثم تحقيق لحام سلك الليزر متعدد القنوات لمواد الألواح السميكة.

الفرق بين لحام الأسلاك بالليزر ولحام الأسلاك بالليزر

يوضح الشكل 1 شكل لحام حشو الأسلاك بالليزر، وهو يختلف عن لحام حشو الأسلاك بالليزر الموضح في الشكل 2. وتتمثل العناصر الأساسية لكلا طريقتي اللحام فيما يلي:

تتكون هذه المعدات المتناسقة من شعاع ليزر، وسلك لحام، وأجزاء لحام، وغاز واقٍ، ويتم تحديد ما إذا كان سيتم إضافة مواد أخرى حسب الحاجة الفعلية.

وتشمل المعدات الرئيسية آلة تغذية الأسلاك، وآلة اللحام، ورأس مسدس اللحام الناعم، ورأس اللحام، وليزر عالي الطاقة.

الشكل 1: لحام الأسلاك بالليزر

الشكل 2: لحام الأسلاك بالليزر

على الرغم من عدم وجود فرق جوهري في الشكل الخارجي بين طريقتي اللحام، إلا أن هناك فرقًا كبيرًا في جوهرهما. عند لحام الأسلاك بالليزر،

يستخدم الليزر عمومًا ليزرًا ليفيًّا عالي الطاقة، كما هو موضح في الشكل 3، ولا يحتاج الليزر إلى سلك لحام فحسب، بل يحتاج أيضًا إلى صهر المعدن الأساسي و

يتشكل تأثير الثقب الخاص باللحام العميق بالليزر على المعدن الأساسي، مما يؤدي إلى تكوين حوض انصهار عميق، ويتم خلط تركيبة سلك اللحام بالكامل مع التركيبة المعدنية للمعدن الأساسي

تتشكل بركة منصهرة هجينة جديدة، ويكون تركيب العناصر ونسبها وجودتها في البركة المنصهرة الهجينة أكبر من تلك الموجودة في سلك اللحام والمادة الأساسية.

لذلك، يمكن إضافة سلك اللحام المناسب إلى عملية اللحام وفقًا لعيوب أداء المادة الأساسية نفسها، وذلك لتحسين كفاءة اللحام.

على مستوى العرض، تم تحسين مقاومة اللحام للتشقق، ومقاومة الإجهاد، ومقاومة التآكل، ومقاومة الاحتكاك، وغيرها من الجوانب بشكل مقصود. بالإضافة إلى ذلك

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون لحام الأسلاك بالليزر لحامًا متعدد القنوات متراصًا، لأنه يمكنه تحقيق لحام اختراق عميق مع تأثير ثقب صغير، وهو ما يمكن تحقيقه

يؤدي الاندماج الكامل للطبقتين السفليتين من خرزة اللحام إلى تجنب العيوب الخطيرة لعدم الاندماج، مما يمنحها القدرة على لحام الوصلات ذات السماكة الكبيرة.

متىسلك ليزريفي عملية اللحام بالنحاس، يستخدم الليزر عمومًا ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة، كما هو موضح في الشكل 4.

على سلك اللحام، ستؤثر كمية صغيرة جدًا من الليزر على اللحام وتذيب كمية صغيرة من المعدن على سطح اللحام، ويتم إذابة حوض الانصهار بالكامل تقريبًا.

يتشكل سلك اللحام، لذا فإن أداء اللحام يعتمد بشكل أساسي على التركيب العنصري ونسبة سلك اللحام وسلك اللحام المنصهر عند اللحام.

الهدف الرئيسي من لحام الأسلاك بالليزر هو تحقيق قوة اتصال معينة لوصلة اللحام

ولا يمكن استخدام اللحام السلكي بالليزر في عمليات الختم واللحام متعدد القنوات، حيث لا يمكن أن تكون الطبقتان العلوية والسفلية من اللحام متماسكتين بشكل أساسي.

بعد أن اندمجت المفاصل بشكل كامل وفعال، أصبحت خصائصها الميكانيكية ضعيفة للغاية.

مجال تطبيق لحام الأسلاك بالليزر

مع تطور تقنية لحام الأسلاك بالليزر وزيادة حد طاقة الليزر، اتسع نطاق تطبيقلحام سلكي بالليزر

أكثر اتساعاً، لا سيما في الجوانب التالية:

لحام الأسلاك بالليزر لسبائك الألومنيوم

بشكل عام، ولأن سبيكة الألومنيوم نفسها تتمتع بانعكاسية عالية لليزر وموصلية حرارية عالية، يتم لحام سبيكة الألومنيوم بالليزر.

عندما تكون طاقة الليزر المطلوبة كبيرة، فإن ذلك سيؤدي إلى تبخر واحتراق العناصر ذات نقطة الغليان المنخفضة في سبائك الألومنيوم (مثل المغنيسيوم والزنك وما إلى ذلك) بشكل كبير، مما يتسبب في فقدان كبير.

في الوقت نفسه، يؤثر انخفاض التوتر السطحي لمعدن حوض اللحام على خصائص تصلب اللحام، وهذه الأسباب ستؤدي إلى وجود لحام سبائك الألومنيوم بالليزر

تُعدّ العديد من المشاكل خطيرة، منها ضعف الخواص الميكانيكية لوصلات اللحام، وضعف تشكيل اللحام، والمسامية والتشققات. ولذلك، يُستخدم الليزر لملء السلك.

سيؤدي لحام سبائك الألومنيوم إلى تحسين هذه المشاكل بشكل كبير:

①يمكن أن يؤدي اللحام السلكي بالليزر إلى تحسين انخفاض سطح اللحام، مما يحسن اللحام بشكل فعالالنوع، ورذاذ عملية اللحام صغير؛

٢إن إضافة سلك اللحام لا تؤثر فقط على اتجاه البلورات الأسطوانية في اللحام، بل تؤدي أيضًا إلى تخفيف اللحام.تعمل الواجهة البلورية الناتجة عن النمو النسبي للبلورة العمودية الأساسية على تحسين تشكيل اللحام، كما أنها تحسن معدل امتصاص المادة لليزر.

مع زيادة عرض منطقة الانصهار، تنخفض الصلادة المجهرية انخفاضًا طفيفًا، وستكون قوة الشد والاستطالة للوصلة كبيرة في ظل معايير العملية المُحسَّنة.

تحسين؛ (3) يمكن للحام بمعايير عملية مناسبة الحصول على عدم وجود عيوب داخلية واضحة، وصلابة دقيقة تبلغ HV60 أو أكثر، ومنطقة متأثرة بالحرارة في الوصلة

لا يوجد تليين واضح في وصلة اللحام في المنطقة، والكسر يحدث في منطقة المادة الأساسية أثناء اختبار الشد.

لحام الأسلاك بالليزر للمعادن المختلفة

في بعض بيئات العمل الصعبة أو بناءً على اعتبارات التكلفة، غالباً ما يكون من الضروري وجود جوانب متعددة لقطعة العمل في نفس الوقت

خصائص خاصة، مثل مقاومة التآكل، وقوة نوعية عالية، ومقاومة الحرارة، ومقاومة التآكل، وموصلية عالية، وتبديد جيد للحرارة، وما إلى ذلك، ولكن الغالبية العظمى

لا يمكن للمواد المعدنية أن تمتلك عددًا من الخصائص المميزة البارزة في الوقت نفسه، وغالبًا ما تكون المواد المعدنية ذات الخصائص المميزة

نادرة وباهظة الثمن، ولا يمكن استخدامها بكميات كبيرة، لذا إذا أمكن صنع مجموعة متنوعة من المواد ذات الخصائص الخاصة لتحقيق اتصال فعال، فـ

قد يفي بمتطلبات الاستخدام. عادةً ما يكون الاختلاف في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد المعدنية المختلفة كبيرًا، وهو أمر لا مفر منه في عملية اللحام.

يؤثر تكوين المركبات بين الفلزية بشكل كبير على أداء وصلات اللحام، حيث تجعل هذه المركبات الهشة عملية اللحام سهلة للغاية.

من الصعب للغاية استخدام ليزر واحد مباشرةً للحام وصلات معدنية غير متشابهة، كما يصعب التحكم في استقرار العملية.

صعوبة في إعادة الإنتاج. وقد وجد عدد كبير من العلماء والخبراء أن لحام الأسلاك بالليزر جيد نسبيًا في لحام المعادن المختلفة، وأن هذا الخيار مناسب.

يمكن لسلك الحشو أن يمنع تكوين المركبات بين الفلزية إلى حد ما، ويمكنه تحسين ميكانيكا الوصلات الملحومة بشكل كبير.

أداء:

①يمكن تشكيل وصلة تراكب المغنيسيوم/النحاس الملحومة بواسطة لحام تعبئة سلك الليزر بشكل جيد في ظل معايير العملية المناسبة.يمكن أن تصل أقصى قوة قص للوصلات المعدنية غير المتشابهة ذات قوة معينة إلى 164.2 ميجا باسكال، وهو ما يمثل 64٪ من المعدن الأساسي لسبائك المغنيسيوم.

٢ تمت دراسة لحام وصلات التراكب والوصلات التناكبية للألمنيوم والتيتانيوم، وأظهرت النتائج أن عملية اللحام مستقرة وتتشكل عند استخدام بقعة ضوئية مستطيلة.جميلة، نطاق واسع من معايير المعالجة، جودة لحام عالية، تصل قوة الشد القصوى إلى 94٪ من المعدن الأساسي المصنوع من سبائك الألومنيوم؛تحسين عملية تشكيل اللحام.بالنسبة لقطع العمل ذات الأغراض التحميلية، إذا انهار اللحام، فسيقل سمكه الفعال، وستقل الخواص الميكانيكية إذا تضرر اللحام.

سيؤدي ذلك إلى تركيز الإجهاد عند حافة اللحام، مما يقلل من الخواص الميكانيكية. بالنسبة لقطعة العمل التي تتطلب مظهرًا معينًا، إذا انهار اللحام

قد يؤدي تمزق أو خدش الحافة إلى تشويه المظهر بشكل خطير وهو أمر غير مقبول. ولجعل اللحام كاملاً، يُستخدم لحام الأسلاك بالليزر.

إنها طريقة جيدة للغاية، لأن سلك اللحام يندمج في حوض اللحام المنصهر، مما يزيد بشكل فعال من حجم حوض اللحام المنصهر، وبالتالي يضمن اكتمال اللحام.

عيب في حافة العض.

بالنسبة لقطعة العمل ذات فجوة وصل كبيرة (عمومًا≥(0.3 مم)، يصعب تحقيق اتصال فعال باستخدام اللحام بالليزر الأحادي، ولا يمكن إلا ملؤه

يمكن للمواد الإضافية أن تملأ فجوة اللحام، لذا فإن لحام الأسلاك بالليزر هو حل فعال للغاية.

لحام الزاوية ذو الفجوة الضيقة

يمكن للحام السلكي بالليزر ذي الفجوة الضيقة تحقيق لحام فعال للصفائح المتوسطة والسميكة باستخدام ليزرات ذات طاقة صغيرة ومتوسطة، وليس فقط عن طريق إضافة اللحام.

يُستخدم السلك لتغيير تركيبة وبنية معدن اللحام، وتحسين الأداء العام للوصلة الملحومة، بالإضافة إلى تحسين ميل اللحام بالليزر الأحادي.

تتميز هذه التقنية بقدرة عالية على التكيف وتحمل الأعطال في فتحة اللحام، كما أن منطقة التأثير الحراري للحام ضيقة، والإجهاد في الوصلة الملحومة منخفض أيضًا، مما يُسهم بشكل كبير في إنجاز العمل.

لذلك، في السنوات الأخيرة، أجرى العديد من الخبراء والباحثين أبحاثاً ذات صلة بهذا الموضوع:

①استخدام سلك ليزر ذو فجوة ضيقة لملء قنوات متعددةتم استخدام طريقة اللحام في لحام صفيحة فولاذية بحرية من نوع Q345D بسمك 40 مم، وأظهرت النتائج أن معايير عملية اللحام المناسبة يمكن أن تعطي شكلاً جيداً.

الوصلة الملحومة خالية من المسامية، ولا توجد بها عيوب مثل عدم الانصهار، وصلابة الصدمات في مركز اللحام جيدة، وقوة الشد للحام أعلى من قوة الشد للمادة الأساسية؛

٢تم لحام فولاذ الدوار بسمك 50 مم باستخدام لحام متعدد التمريرات بسلك ليزر ذي فجوة ضيقة، وأظهرت النتائج أن معايير عملية اللحام كانت مناسبة.

يمكن تشكيلها بشكل جيد، دون عيوب مثل عدم اندماج الجدار الجانبي، وتقل مقاومة الصدمات للمفصل، لكن قوة الشد فيها أعلى من قوة الشد للمادة الأم.

خشب؛③تمت دراسة عملية لحام ملء الفراغات الضيقة باستخدام سلك الليزر لسبائك الألومنيوم 5083 بسمك 20 مم، وأظهرت النتائج أن معايير عملية اللحام المناسبة

يمكن الحصول على وصلة ملحومة ذات مسامات أقل وخالية من العيوب مثل عدم الانصهار.

حالات التطبيق وتوصيات بشأن المعدات ومعايير العمليات

1. حالات التطبيق

تحسين تشكيل اللحام

المتطلبات: لحام الفولاذ المقاوم للصدأ بسمك 1 مم و 3 مم، ويجب ألا يكون خط اللحام مساميًا، وأن يكون التشكيل جيدًا.

المعدات: RFL-C4000 (قطر لب الألياف 200)μم)، وحدة تغذية السلك، رأس اللحام.

الجدول 5: توصيات بشأن شكل وحجم الأخاديد

النتائج: كان التشكيل جيدًا ولم يكن للحام أي مسامية، كما هو موضح في الشكل 5.

الشكل 5: تشكيل اللحام وشكل المقطع العرضي

لحام متعدد المراحل باستخدام سلك ليزر لملء الفجوة الضيقة

المتطلبات: لوح فولاذي بحري Q345 بسماكة 18 مم ملحوم، يتطلب عددًا أقل من ثقوب اللحام، بدون لحام غير منصهر، وصلة شد

القوة أعلى من المادة الأساسية، وتشكيل اللحام أفضل.

المعدات: RFL-C6000 (قطر لب الألياف 400)μم)، وحدة تغذية السلك، رأس اللحام.

معايير العملية: يجب أن تكون طبقة اللحام مشطوفة، ويظهر حجم الشطف في الشكل 6، وتظهر معايير عملية اللحام الأخرى في الجدول 2.

الشكل 6 حجم الأخدود

النتائج: كانت عملية التشكيل جيدة، ولم يكن هناك أي عدم انصهار، وكانت اللحام خالية من المسامية بشكل أساسي، كما هو موضح في الشكل 7، وتم إجراء اختبار الشد.

وقد ثبت أن اللحام ينكسر في المادة الأساسية، مما يشير إلى أن قوة الشد للوصلة أعلى من قوة الشد للمادة الأساسية.

الشكل 7: رسم تخطيطي معدني للمقطع العرضي للحام

2. اقتراح بشأن المعدات ومعايير العملية

تحسين تشكيل اللحام وجودته

بالنسبة للحام الأسلاك الليزرية للوصلات التناكبية للمواد الشائعة، ولتحسين تكوين اللحام، يوصى عمومًا بأن يكون قطر قلب الليزر والألياف،

يجب ضبط رأس اللحام لضمان أن يكون قطر نقطة التركيز بين 0.4 مم و 0.6 مم، ويجب اختيار سلك اللحام بالدرجة المناسبة.

تظهر معايير اللحام الأخرى في الجدول 2 والجدول 3.

لحام متعدد المراحل باستخدام سلك ليزر لملء الفجوة الضيقة

بالنسبة للحام متعدد التمريرات باستخدام سلك الليزر لملء الفجوة الضيقة للصفائح متوسطة السماكة، يُوصى عمومًا بأن يكون قطر بقعة التركيز من 0.6 مم إلى 1.0 مم، و

ويجب اختيار سلك اللحام من الدرجة المناسبة، بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون حجم أخدود الوصلة مصممًا بشكل معقول، ولا يمكن أن يكون حجم الأخدود كبيرًا جدًا.

وإلا، فمن السهل حدوث عدم انصهار داخل اللحام، ويُبين الجدول 5 حجم الأخدود الموصى به عمومًا؛ ويجب أن يعتمد عدد الخرزات على الحد الأقصى للوصلة.

لتحديد السماكة الكبيرة، يُنصح باستخدام أقصى قدرة لحام للمعدات في اللحام السفلي الأول، وبعد كل عمق واحد

عادةً ما يتراوح سمك اللحام بين 3 و 5 ملم؛ أما بالنسبة لمعايير عملية اللحام المستخدمة لكل خرزة، فمن الضروري الاعتماد على عمق اللحام المطلوب ومتى

يتم تحديد عرض طبقة اللحام الأمامية. عندما يكون عرض طبقة اللحام أكبر، يجب زيادة مقدار عدم التركيز بشكل معتدل لمنع الجدار الجانبي من عدم الاندماج.