در دنیای مدرن صنعت، که دقت، سرعت و کیفیت، فاکتورهای تعیین‌کننده موفقیت به شمار می‌روند، جوشکاری لیزری به عنوان یک فناوری پیشرو، مرزهای امکان را جابجا کرده است. این روش نوین اتصال، که از پرتو لیزر به عنوان منبع حرارت استفاده می‌کند، مزایای بی‌شماری نسبت به روش‌های سنتی دارد و به همین دلیل، دستگاه‌های جوش لیزری صنعتی به ابزاری جدایی‌ناپذیر در بسیاری از صنایع تبدیل شده‌اند. از تولید قطعات حساس در صنایع هوافضا و پزشکی گرفته تا مونتاژ قطعات خودرو و لوازم الکترونیکی، جوشکاری لیزری راهکارهای نوآورانه‌ای برای چالش‌های اتصال مواد ارائه می‌دهد.
جوشکاری لیزری فرآیندی است که در آن یک پرتو لیزر با چگالی انرژی بالا، به سطح دو قطعه فلزی یا غیرفلزی تابیده می‌شود. انرژی فوتون‌های لیزر توسط ماده جذب شده و باعث ذوب شدن موضعی آن می‌شود. پس از حذف پرتو لیزر، مذاب سرد شده و انجماد می‌یابد و به این ترتیب، یک اتصال قوی و با کیفیت بالا بین دو قطعه ایجاد می‌شود. این فرآیند می‌تواند در دو حالت اصلی انجام شود:
جوشکاری نفوذ کم (Conduction Limited Welding): در این حالت، چگالی توان لیزر نسبتاً پایین‌تر است و نفوذ حرارت عمدتاً از طریق رسانایی صورت می‌گیرد. عمق نفوذ معمولاً کم است و برای جوشکاری ورق‌های نازک یا ایجاد اتصالات سطحی مناسب است. حوضچه مذاب در این روش پهن‌تر و کم‌عمق‌تر است و سطحی صاف و یکنواخت ایجاد می‌کند.
جوشکاری نفوذ عمیق (Keyhole Welding): با افزایش چگالی توان لیزر، انرژی پرتو می‌تواند ماده را به صورت موضعی تبخیر کرده و یک “سوراخ کلید” (Keyhole) ایجاد کند. این سوراخ توسط بخارات فلز ایجاد و تثبیت می‌شود و پرتو لیزر از طریق آن به اعماق ماده نفوذ می‌کند. این روش امکان ایجاد جوش‌های بسیار عمیق و باریک را فراهم می‌کند که از استحکام مکانیکی بالایی برخوردارند. سرعت جوشکاری در این حالت نیز به طور قابل توجهی بالاتر است.
فاکتورهای کلیدی در جوشکاری لیزری شامل توان لیزر، سرعت جوشکاری، قطر پرتو، گاز محافظ (که از اکسیداسیون جلوگیری می‌کند) و مواد مورد استفاده (که تعیین‌کننده جذب انرژی لیزر هستند) می‌باشند.
دستگاه‌های جوش لیزری صنعتی در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر یک برای کاربردهای خاصی بهینه شده‌اند. تفاوت اصلی آن‌ها در نوع منبع لیزر است:
لیزرهای Nd:YAG (نئودیمیم:ایتریم آلومینیوم گارنت): این لیزرها در گذشته بسیار رایج بودند و هم به صورت پالسی و هم پیوسته عمل می‌کردند. توان آن‌ها از چند وات تا چند کیلووات متغیر بود. اما امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
لیزرهای فیبر (Fiber Lasers): این لیزرها با استفاده از فیبرهای نوری دوپ شده با عناصر خاکی کمیاب مانند اربیوم یا ایتربیوم، پرتو لیزر را تولید و هدایت می‌کنند. لیزرهای فیبر به دلیل راندمان بالا، کیفیت پرتو عالی، عمر طولانی و نیاز کم به نگهداری، به سرعت در حال جایگزینی سایر انواع لیزر در کاربردهای صنعتی هستند. دستگاه‌های جوش لیزری صنعتی مبتنی بر فیبر، به دلیل انعطاف‌پذیری در ادغام با رباتیک و اتوماسیون، بسیار محبوب هستند.
لیزرهای دیسک (Disk Lasers): این لیزرها از یک دیسک نازک کریستالی برای تولید لیزر استفاده می‌کنند. آن‌ها توان‌های بالا و کیفیت پرتو خوبی ارائه می‌دهند و در کاربردهایی که نیاز به توان‌های بالا و جوشکاری عمیق است، به خوبی عمل می‌کنند.
لیزرهای دی‌اکسید کربن (CO2 Lasers): این لیزرها پرتو مادون قرمز با طول موج بلند تولید می‌کنند که برای جوشکاری فلزات ضخیم و همچنین مواد غیرفلزی مانند پلاستیک و سرامیک مناسب هستند. دستگاه‌های جوش لیزری صنعتی CO2، به دلیل توان بالا و هزینه نسبتاً پایین‌تر، هنوز در برخی کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما به دلیل نیاز به سیستم‌های نوری پیچیده‌تر و حساسیت به آلودگی، به تدریج جای خود را به لیزرهای فیبر می‌دهند.
انتخاب نوع دستگاه جوش لیزری صنعتی به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله نوع مواد، ضخامت قطعات، عمق نفوذ مورد نیاز، سرعت جوشکاری و بودجه.
جوشکاری لیزری مزایای قابل توجهی نسبت به روش‌های سنتی جوشکاری مانند TIG، MIG/MAG یا جوش مقاومتی ارائه می‌دهد که آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای بسیاری از کاربردهای صنعتی تبدیل کرده است:
دقت و کنترل بالا: پرتو لیزر بسیار متمرکز است و امکان جوشکاری دقیق در مناطق کوچک و حساس را فراهم می‌کند. این امر به ویژه در تولید قطعات مینیاتوری و اجزای الکترونیکی حیاتی است.
حداقل ناحیه متأثر از حرارت (HAZ): به دلیل متمرکز بودن انرژی و سرعتبالای فرآیند، میزان حرارت ورودی به قطعه به حداقل می‌رسد. این موضوع باعث کاهش اعوجاج و تاب برداشتن قطعات و حفظ خواص مکانیکی مواد در نزدیکی خط جوش می‌شود.
سرعت بالا: سرعت جوشکاری لیزری به طور قابل توجهی بالاتر از روش‌های سنتی است که منجر به افزایش بهره‌وری و کاهش زمان تولید می‌شود.
استحکام و کیفیت بالای جوش: جوش‌های لیزری معمولاً باریک، عمیق و با دانه‌بندی ریز هستند که منجر به استحکام مکانیکی بالا و خواص متالورژیکی عالی می‌شود.
عدم نیاز به فیلر (در بسیاری موارد): در بسیاری از کاربردها، جوشکاری لیزری بدون نیاز به سیم جوش (فیلر) انجام می‌شود که هزینه‌ها را کاهش داده و فرآیند را ساده‌تر می‌کند.
انعطاف‌پذیری: دستگاه‌های جوش لیزری صنعتی می‌توانند طیف وسیعی از مواد از جمله فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، تیتانیوم، نیکل، مس و حتی برخی پلاستیک‌ها و سرامیک‌ها را جوش دهند.
اتوماسیون‌پذیری بالا: پرتو لیزر را می‌توان به راحتی با استفاده از ربات‌ها و سیستم‌های خودکار هدایت و کنترل کرد. این ویژگی باعث افزایش دقت، تکرارپذیری و کاهش نیاز به نیروی انسانی می‌شود.
فرآیند تمیز: جوشکاری لیزری یک فرآیند تمیز است که دود و پاشش کمتری تولید می‌کند، بنابراین نیاز به تمیزکاری پس از جوشکاری را کاهش می‌دهد.
کاربردهای جوشکاری لیزری در صنعت
تنوع و مزایای جوشکاری لیزری، آن را به یک فناوری کلیدی در صنایع مختلف تبدیل کرده است:
صنعت خودروسازی: در تولید بدنه خودرو، قطعات موتور، گیربکس، سنسورها و باتری‌های خودروهای الکتریکی، جوشکاری لیزری برای اتصال قطعات با دقت بالا و سرعت زیاد استفاده می‌شود.
صنایع هوافضا: برای جوشکاری قطعات موتور جت، بدنه هواپیما و ماهواره‌ها که نیاز به استحکام و قابلیت اطمینان فوق‌العاده‌ای دارند، جوشکاری لیزری بهترین گزینه است.
صنایع پزشکی: در ساخت ابزارهای جراحی، ایمپلنت‌های پزشکی، دستگاه‌های پزشکی تشخیصی و قطعات ریز با دقت میکرونی، دستگاه‌های جوش لیزری صنعتی کاربرد فراوانی دارند.
صنایع الکترونیک: برای اتصال قطعات ریز در مدارهای چاپی (PCB)، میکروالکترونیک، سنسورها و قطعات حافظه، دقت و ظرافت جوشکاری لیزری بی‌نظیر است.
تولید ابزار و قالب: در ساخت و تعمیر قالب‌ها، ابزارهای برش و قطعات سایشی، جوشکاری لیزری برای افزایش عمر و بهبود عملکرد قطعات استفاده می‌شود.
صنایع جواهرسازی: برای اتصال دقیق قطعات ریز و حساس در جواهرات، ظرافت لیزر بی‌رقیب است.
صنایع انرژی (به ویژه باتری): در تولید باتری‌های لیتیوم-یون برای خودروهای الکتریکی و سیستم‌های ذخیره انرژی، جوشکاری لیزری برای اتصال سلول‌ها و اتصالات داخلی با راندمان بالا و مقاومت الکتریکی کم، ضروری است.
با وجود مزایای فراوان، جوشکاری لیزری چالش‌هایی نیز دارد. هزینه اولیه بالای دستگاه‌های جوش لیزری صنعتی می‌تواند مانعی برای برخی شرکت‌ها باشد. همچنین، نیاز به تخصص و دانش فنی برای راه‌اندازی و نگهداری این سیستم‌ها وجود دارد. در برخی موارد نیز، انعکاس بالای برخی مواد مانند مس و آلومینیوم، می‌تواند چالش‌هایی در فرآیند جوشکاری ایجاد کند که با استفاده از لیزرهای با طول موج مناسب یا تکنیک‌های خاص قابل رفع است.
آینده جوشکاری لیزری روشن و پر از نوآوری است. توسعه لیزرهای با توان بالاتر و راندمان بهتر، پیشرفت در سیستم‌های کنترلی و هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی فرآیند، و همچنین افزایش قابلیت ادغام با رباتیک و خطوط تولید کاملاً خودکار، از جمله روندهای آتی در این حوزه هستند. همچنین، تحقیقات بر روی جوشکاری مواد نامتشابه و آلیاژهای پیشرفته با استفاده از لیزر در حال گسترش است. با پیشرفت روزافزون این تکنولوژی، جوشکاری لیزری بیش از پیش به ستون فقرات تولید مدرن تبدیل خواهد شد و افق‌های جدیدی را در صنعت باز می‌کند. این فناوری نه تنها به بهبود کیفیت و کارایی محصولات کمک می‌کند، بلکه راه را برای تولید قطعات و سازه‌های پیچیده‌تر و پیشرفته‌تر هموار می‌سازد.
محصولات الکتروجوش شامل:
دستگاه جوش ترانسی ،دستگاه جوش ترانسی میگ مگ ، دستگاه جوش اینورتر ، دستگاه جوش الکترود ، دستگاه جوش تیگ ، دستگاه جوش میگ مگ ، دستگاه جوش برش پلاسما ، کیف جوشکاری
