تبلیغات
مهندسی مکانیک - جوشکاری با لیزر (قسمت دوم)

جوشکاری با لیزر (قسمت دوم)

نویسنده :Mohamad Marandi
تاریخ:جمعه 19 شهریور 1389-11:00 ق.ظ

جوشکاری با لیزر (قسمت دوم )

نتایج و مباحث

جوشکاری های اتصالی با نفوذ کامل که بر روی فولاد 9045 و بوسیله لیزرهای دو پرتو و تک پرتو انجام شده است در شکل 6  قابل مشاهده است جوشکاری که بوسیله دو پرتویی انجام شده است سطحی صاف  اما جوشکاری با لیزر تک پرتو خشن و بی شکل است. نتایج جوشکاری لایه گذاری بر روی سطح بر روی ورق فولادی 1045 که سرعت حرکت در ان بین 25/1 تا 62/7 میلیمتر بر دقیقه متغیر و لی مقدار قدرت آن در مقدار ثابت 6 کیلو وات ثابت مانده بود در شکل 7 نشان  داده  شده، در حالت جوشکاری بر روی سطح با تک پرتو لایه های کم عمق که با سرعت بالایی تولید شده دارای کیفیت قابل قبولی بوده اما لایه گذاری های عمیق که با تک لیزر انجام شده بود اغلب دارای سطحی معیوب و بی شکل می باشد در حالیکه حالت دو پرتوی که با شرایط یکسان لایه گذاری شده بود در تمام حالات دارای سطحی صاف و بدون عیب بود. این نوع جوشکاری دارای پارامترهایی برتر از پارامترهای بازرسی معمولی است.

آلیاژ  آلومینیوم از نظر مشکل بودن عملیات جوشکاری با لیزر معروف می باشند که مهمترین علل آن قابلیت انعکاس بالا انتقال حرارت بالا و دمای جوش پایین می باشد. عیوب جوشکاری از قبیل سوراخ های سطحی ترک های داخلی تخلخل و لایه های شکل اغلب دیده می شود.

یک جوشکاری با نفوذ کامل را می توان بوسیله یک لیزر Co2 در حالت دو پرتویی با سطحی کاملاً صا ف ایجاد نمود همانطور که در شکل 8 نشان داده شد لیزرهای تک پرتویی جوشی بی شکل همراه با ترشح ایجاد می کنندنفوذ جزئی در حالت لایه گذاری روی سطح برای حالت تک پرتو و دو پرتویی درشکل 9 نشان داده شده. همانطور که انتظار می رفت جوشکاری با لیزرهای دو پرتویی دارای عیب کمتری نسبت حالت یک پرتویی می باشد. عموماً  لیزرهای YAG برعکس لیزرهای Co2  بعلت طول موج کوتاه برای جوشکاری آلومینیوم مناسبتر هستند البته با تحقیقات بر روی لیزرهای Co2 توانسته اند جوشکاری دو پرتویی آلیاژهای آلومینیوم نیز استفاده کنند.

سختی و ترک مرکز در جوشکاری ورق های فولادی 9045 که بوسیله هر دو نوع لیزر تک پرتو و دو پرتو جوشکاری شده بود و دیده شد که در شکل 10 نشان داده شده همچنین یک نمونه از ترک که در جوش این نوع ورق بوجود آمده در شکل 11 نشان داده شده. تا زمانی که کربن در  فولاد 1045 متوسط است و مقدار آن در حدود 0.45% است فولاد و برابر  ترکهای انجمادی حساس می باشد. ترک خوردگی های مرکزی یک نوع از ترک های انجمادی است  که معمولا در ترک های فولادهای آلیاژی و آلیاژهای آلومبنبوم اتفاق می افتد این گونه ترک های در بعضی جوشکاری های دو پرتویی و اغلب جوشکاری های تک پرتویی دیده می شود. در شکل 12 حساسیت به ترک خوردگی های مرکزی که بصورت نسبت طول انباشته شده بر طول جوشکاری تعریف شده بر حسب سرعت حرکت برای هر دو نوع پرتو رسم شده است برای حالت تک پرتو ترک خوردگی مرکز در محدوده زیادی از سرعت انجام می گیرید و این  در حالی است که برای  حالت دو پرتو این محدوده کوچک است. نتایج حاکی از این است که پرتوهای دوتایی احتمال ترک مرکزی کمتری نسبت به حالت مرسوم آن دارند.

سختی سطح در 5/1 میلیمتری زیر سطح جوشکاری تست شد که در شکل 13 نشان داده شده میانگین سختی در این محل برای لیزرهای دو پرتویی (HV) 590 و برای تگ پرتوی (HV) 640می باشد این امر باعث می شود که جوشهای ایجاد شده با لیزر دو پرتویی دارای چقرمگی بهتری نسبت به حالت تک پرتویی داشته باشند.

از اینرو که پرامترهای جوشگاری و مواد در دو نوع جوشکاری یکسان بوده تفاوت در حساسیت به ترک و سختی باید به تفاوت انتقال حرارت بین این دو حالت در حین جوشکاری بستگی داشته باشد.

در فرآیند جوشکاری با دو پرتو شکل سوراخ کلید باید در طول مسیر جوشکاری بزرگتر باشد که علت آن فاصله بین دو پرتویی می باشد. بنابراین جذب حرارت در اطراف حوضچه مذاب متغیر است و ممکن است باعث مقاومت مکانیکی در اطراف حوضچه مذاب و همچنین سرعت سرد کردن شود در لیزرهای دو پرتویی مقاومت مکانیکی ممکن است تا حدی کم شود که ابن باعث کم شدن حساسیت به ترک لیزر می شود. شیب درجه حرارت در تقاطعی هم سسطح بصورت خطی است تلفات انتقال حرارت در طول تقارن خطی می باشد.

در لیزرهای قدرت بالا نوسانات توده عموماً برناپایداری سوراخ کلید مربوط است که برای حالت های جوشکاری با پرتو الکترونی و پرتو لیزر بوسیله اشعه x رویت شده بود و در ا«ها ناپایداری و سوراخ کلید تاثیر عمیقی بر جریان بی شکل جرم مذاب گذارده بود. یک مبحث مفصل دربارۀ نوسانات توده جریان بی شکل جرم و ناپایداری سوراخ کلید در مرجع قابل یافت است.

بوسیله یک لیزر جوشکاری تک پرتو سطح قطعات کاری تا نقطه جوش برسیه یک لیزر قدرت بالا در زمان کوتاهی حرارت داده شد. ماده بخار شده تا یک سوراخ کلید در سطح ایجاد کند و سپس بخشهایی از بخار ماده و گاز محافظ بوسیله لیزر یونیزه شده و یک حوزه گرم با فشار بالا در سوراخ کلید تولید می کند. این توده به (توده بخار) یا (توده  ) معروف است وقتی سوراخ کلید کاملا باز شدتوده بخار می تواند از حوزه مذاب خارج شده و قسمتی از این بخار خارج شده می تواند در بالای منطقه جوش دیده شود بعد از آن عمدتا سوراخ کلید بعلت جریان نامنظم جرم بصورت ناپایدار در می آید.و در یک فرکانس مشخص سوراخ کلید منقبض شده و گهگاهی بسته و یا متلاشی می شود. هنگامی که سایز منطقه کاهش می یابد یا اینکه منقبض می شود خروج از سوراخ کلید محدود  بوده پس بنابراین توده بالایی قطعه کار موچک می شود در این حال فشار حوزه در سوراخ کلید بوسیله پرتو افکنی پرتو لیزر افزایش یافته. هنگامی که فشار توده به یک مقدار مناسب رسید توده از داخل سوراخ کلید خارج می شود. و بدین وسیله سایز توده افزایش می یابد. فوران حوزه باعث ایجاد یک گودال در منطقه جوش می شوددر جوشکاری آلومینیوم این وضعیت بدتر است.

زیرا هدایت حرارتی بالا باعث زمان انجماد کوتاه شده و این امر باعث شده که زمان پر کردن گودال وجود نداشته باشد که این می تواند علت عیوب که از قبیل سوراخهای  سطحی باشد. ترکهای داخلی (تخلخل) و لایه های بی شکل اغلب در جوشکاری آلومینیوم یافت می شوند. در نتیجه یکی از علل تصلی عیوب در جوشکاری های تک پرتویی می تواند فوران تودۀ بخار در نتیجه فوران مذاب باشد.

در لیزرهای دو پرتویی نیز نوسانات توده مشاهده شد اما تغییرات سایز که در شکل 15 نشان داده شده و در شرایط خاصی توده کاملا ثابت بوده و سایز آن کمی تغییر کرده پایداری توده بخار ممکن است باعث باز بودن دائم سوراخ کلید شده . توده بتواند بطور ممتد از سوراخ کلید خراج شود. یک سوراخ کلید پایدار و باز که کشیده بود به بخار فلز اجازه سرعت سرد کردن مواد مذاب کاهش یافته در نتیجه باعث ایجاد سختی کمتر می شود. یک آنالیز جزئی از انتقال حرارت و ضربه در جوش در حالت پرتوهای دو تایی در صفحه دیگری نشان داده شده آزمایشات جوشکاری نشان می دهد که می توان بوسیله جوشکاری دو پرتویی بهبود قابل توجهی در کیفیت جوشکاری ایجاد نمود قابل توجه است که بدانید چگونه اثر متقابل لیزر و مواد در جوشکاری دو پرتویی می تواند در بهبود کیفیت موثر باشد. اثر متقابل لیزر و مواد در حالت دو چرتوییکه فاصله بین آنها کم است با مطالعه رفتار پویاییی توده بخار با استفاده از یک دوربین سرعت بالا که در شکل 5 نشان داده شده است مورد تحقیق قرار گرفت.

تغییرات ارتفاع توده بخار بوسیله دوربین سرعت بالا در حالت تک پرتو در جوشکاری فولاد نمایان شد که نوع سیکل متغیر است در شکل 14 نشان داده شده است. در این حالت نسبت به زمان توده بخار به حداکثر ارتفاع رسیده  سپس کاهش ارتفاع آن کاهش می یابد. وقتی این کوچک شدن شدن به اندزاه کافی رسید یک سیکل دیگر با رشد کردن حوزه شروع می شود. گاهی اوقات نیز همانگونه که در شکل 14 نشان داده شده کاملا محو میشود در آزمایشات بر روی حالت تک پرتو، نوسانات این تغییرات بین 5/1 ~ 9/0 کیلوهرتز می باشد که میانگین آن 2/1 کیلومتر می باشد. این در حالی است که سرعت حرکت 25/1 متر بوده است.به عبارت دیگر دوره کاری برای هر نوسان توده در  رنج بین 1/1 الی 66/0 میلی ثانیه با میانگین 83/0 میلی ثانیه برای لیزر Co2 بوده است. هنگامی که سرعت جوشکاری افزایش می یابد از 25/1 به 62/7 متر در دقیقه می رسد در حالیکه قدرت بر روی 6 کیلو وات ثابت بماند  سوراخ کلید دارای عمق کمتری می باشد. ولی وقتی نوسانات توده ثابت نگهداشته شد تغییرات در ارتفاع حوزه کمتر صورت گرفته ولی عوارضی چون محو شدن کامل حوزه بطور طولانی تر مشاهده نشد. به عبارت دیگر توده پایداری بیشتری در حالت حرکت سریع که باعث تولید سوراخ کلید کم عمق تر می شود دارد و توده های پایدار شده دارای جوش قابل قول تر و عیوب کمتری هستند. میانگین نوسانات در سرعت 62/7 متر بردقیقه اغلب شبیه سرعت 25/1 متر در دقیقه 2/1  کیلو هرتز بود. فرکانس نوسانات توده، در جوشکاری لیزر ممکن است خواص مواد و طول موج به جای پارامترهای جوشکاری بستگی داشته باشد.می داد که بصورت ممتد خارج شده و فشار توده داخل سوراخ کلید در مقادیر پایین باقی بماند بنابراین فوران توده های بزرگ می تواند با سوراخ های باز و و پایدار متوقف شود.

فوران کوچک حوزه باعث ایجاد جوشی تقریبا صاف و  کم می شود که در شکل 9-6 نشان داده شده در  ابتدا توده در حالت جوش  دو پرتویی بزرگتر ظاهر شده و دارای حداکثر ارتفاعی کمتر از حالت تک پرتویی  بود زیرا در حالت دو پرتویی کلید سوراخ کلید رولی ایجاد شده که باز باقی مانده و مانع از پاشش می شود

 نوسانات فرکانس مربوط به حوزه بخار در لیزرهای تک و دو پرتویی تک و دو پرتو مربوط به جوشکاری لیزر در شکل 16 خلاصه شده است. میانگین نوسانات برای حالت دو پرتویی 4/1 کیلوهرتز که این مقدار کمی بیشتر از حالت تک پرتو (kH 2/1) بود. افزایش فرکانس نوسانات توده بخار به معنی مقدار کمتر پاشش توده در هر فوران است.

گر چه گهگاه دو تودۀ مذاب در سرعت های جوشکاری بالا (m/m 62/7) که در شکل 17 مشخص است ایجاد می شد این دو سوراخ کلید پیوند خورده که علت آن در سرعت بالا و یا در جریان نصب دو پرتو و یک حوزه زیر سرعت 62/7 می باشد. بعبارت  دیگر در سرعت های کمتر از 62/7  مکانیزم سوم اتفاق می افتد و در صورت بالا بودن سرعت به مکانیزم دوم تبدیل می شود. در صو.رتیکه فاصله بین دو پرتو و سرعت افزایش یابد یا اینکه قدرت لیزر کاهش یابد. عمدتا مکانیزم جوش به حالت دوم تبدیل شده نحوه انتخاب لیزرهای دو پرتویی در صنایع در مراجع 22 و 23 بحث شده است که در آن لیزرهای YAG می تواند بهترین کیفیت جوش آلومینیوم را ایجاد کند.

یک پرتو لیزر Co2  6 کیلو وات که به دو قدرت مساوی بوسیله یک آینه گوه ای تقسیم شده بعنوان یک لیزر جوشکاری با پرتوهای دوتایی جهت جوشکاری صفحات فولاد و آلومینیوم استفاده می شود. نتایج جوشکاری تحلیل شده و فرآیند جوش دو پرتویی بوسیله یک دوربین سرعت بالا بازرسی شده که برای فهم بهتر این عمل انجام شده است و نتایج زیر بدست آمده.

1)  کیفیت سطحی جوش با استفاده از لیزرهای جوشکاری دو پرتوی دو مورد فلزات و آلومینیوم افزایش یافته و حساسیت ترک های مرکزی در فولادها کاهش نیافته تخللخل لایه های بی شکل و پاشش در جوش آلومینیوم را با لیزر Co2 فراهم  می کند.

2)  با استفاده از دوربین سرعت بالا مشخص شد که در جوشکاری تک پرتویی توده بخار بالای قطعه کار که ناپایدار بوده و دارای نوسانات حجمی و ارتفاعی زیادی در جوشکاری فولادها می باشد میانگین نوسانات 2/1 کیلو هرتز بود ناپایداری توده باعث ایجاد مشکلاتی از قبیل سطحی و لایه ای بی شکل و پاشش می شد.

3)  توده بخار که در حالت دو پرتویی متوقف شده بود نیز مشخص شد اما ارتفاع و حجم توده کمی تغییر می کرد توده بخار پایدار در حالت برخورد دو پرتو لیزر می تواند با ممتد شدن سوراخ کلید را باز نگه داشته و از فوران در حین جوشکاری ممانعت کند افزایش پایداری فرآیند باعث افزایش پایداری کیفیت جوش شود.

4)  در آزمایشات جاری نصب دو لیزر موازی با فاصله پرتو کم باعث ایجاد یک سوراخ کلید مشترک در یک حوضچه در بیشتر  شرایط جوشکاری می شود. این مکانیزم ممکن است با افزایش فاصلۀ بین دو پرتو، افزایش سرعت جوشکاری و کاهش قدرت لیزر به حالت دو سوراخ کلید در یک حوضچه تبدیل گردد.

5)  مزایای جوشكاری لیزر :
- حوضچه مذاب می تواند داخل یك محیط شفاف ایجاد شود ( باعكس روشهای معمولی كه همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود ) .
- محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و ... را میتوان به یكدیگر جوش داد .
- در این روش میتوان مكان های غیر قابل دسترسی را جوشكاری نمود .
- از آنجا كه هیچ الكترودی برای این منظور استفاده نمی شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشكاری نیست .
- اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملكرد ندارد .
- به خاطر تمركز بالای اشعه منطقه
HAZ بسیار باریكی در جوش تشكیل میشود .
- جوشكاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشكاری تمیز تر است .

6) 
محدودیت ها و معایب جوشكاری لیزر :
سیستم های جوشكاری لیزرنسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشكاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند
Ruby به خاطر پالسی بودن اكثر آنها از سرعت پیشروی كمی برخوردارند ( 25 تا 250 میلیمتر در دقیقه ) . همچنین این نوع جوشكاری دررای محدودیت عمق نیز می باشد .

7) 
موارد استفاده اشعه لیزر :
از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاری استفاده می شود . این نوع جوشكاری در اتصال قطعات بسیار كوچك الكترونیكی و در سایر میكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده نمود . به طور كلی این روش جوشكاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژآن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.




داغ کن - کلوب دات کام
نظرات() 
feet problems
شنبه 25 شهریور 1396 05:55 ق.ظ
Hi there everyone, it's my first pay a visit at this
web page, and post is really fruitful for me, keep up posting these content.
PickWriters
سه شنبه 21 شهریور 1396 10:58 ب.ظ
It has in no way been easier to prefer between the transportation services, as all customer opinions and testimonials are
gathered in ditty categorize fitted you to pick the best.
Take off peevish je sais quoi and as a end result
bad familiarity by means of consulting any paraphrase website
reviews. Entirely written testimonials will manual you through the approach of selecting the
united and but transfiguration checking that last will and testament
fit your needs.
How can I increase my height after 18?
یکشنبه 15 مرداد 1396 07:04 ق.ظ
This website definitely has all of the information I needed concerning
this subject and didn't know who to ask.
Can better posture make you taller?
یکشنبه 8 مرداد 1396 12:33 ق.ظ
This piece of writing is really a nice one it helps new internet visitors,
who are wishing for blogging.
manicure
شنبه 19 فروردین 1396 03:09 ب.ظ
Thanks for every other informative website. The place else may
I get that kind of info written in such a perfect method?
I've a undertaking that I'm just now operating on, and I have been at the glance out for such information.
درصد ها و منابع کنکور ارشد
دوشنبه 11 بهمن 1395 07:36 ب.ظ
ممنون مفید بود
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر