چرا جوش لیزری پرتابل جایگزین روش‌های سنتی جوشکاری می‌شود؟

ویژگی‌هایی همچون کاهش اعوجاج، مصرف انرژی کمتر و قابلیت حمل آسان باعث شده تا جوش لیزری پرتابل نه تنها در خطوط تولید، بلکه در تعمیرات و پروژه‌های سیار نیز کاربرد گسترده‌ای پیدا کند. در این مقاله دلایل اصلی جایگزینی جوش لیزری پرتابل با روش‌های سنتی جوشکاری را بررسی می‌کنیم.

جوش لیزری پرتابل چیست و چگونه کار می کند؟

جوشکاری لیزری پرتابل یک فناوری پیشرفته است که با استفاده از پرتو لیزر فایبر متمرکز، قطعات فلزی را به‌صورت دقیق و سریع به هم متصل می‌کند. در این فرایند، نور لیزر از طریق فیبر نوری به هد دستی منتقل شده و با تمرکز روی محل جوش، انرژی نوری را به حرارت موضعی تبدیل می‌کند. این حرارت باعث ذوب فلز و ایجاد حوضچه جوش می‌شود که پس از خنک شدن، اتصال مستحکم و تمیزی ایجاد می‌کند.

ویژگی قابل توجه این فرایند آن است که جوشکاری دقیق و بدون تماس مستقیم انجام می‌شود؛ یعنی هیچ ابزار فیزیکی با قطعه برخورد نمی‌کند و تنها نور لیزر اعمال می‌گردد. به همین دلیل، جوش حاصل بسیار تمیز و عاری از آلودگی‌های ناشی از الکترود است.

مقایسه جوش لیزری فایبر با روش‌های جوش سنتی

جوشکاری سنتی عمدتاً متکی بر ایجاد قوس الکتریکی یا شعله و استفاده از الکترود یا سیم جوش به عنوان فلز پرکننده است که در تماس مستقیم با قطعه کار، اتصال را ایجاد می‌کند. در مقابل، جوشکاری لیزری از پرتوی متمرکز لیزر بهره می‌برد و معمولاً بدون سیم پرکننده نیز قادر به ایجاد اتصال است. مزایای جوشکاری لیزری قابل حمل نسبت به روش‌های سنتی عبارت اند از:

سرعت جوشکاری و بهره‌وری بالا

جوش لیزری پرتابل چندین برابر سریع‌تر از MIG یا TIG است. این افزایش سرعت بدون افت کیفیت، موجب بالا رفتن نرخ تولید و کاهش هزینه عملیاتی به‌ویژه در خطوط تیراژ بالا می‌شود.

کیفیت جوش و دقت بالا

لیزر امکان تمرکز انرژی در نقطه بسیار کوچک را فراهم می‌کند که نتیجه آن جوشی تمیز، عمیق، بدون ترک یا تخلخل است. ظاهر جوش نیز یکدست‌تر و بدون نیاز به پرداخت نهایی است.

کاهش ناحیه حرارتی و اعوجاج حرارتی

ناحیه حرارت دیده (HAZ) در جوش لیزری بسیار کوچک‌تر از قوس سنتی است؛ این موضوع باعث کاهش تاب‌برداشتگی قطعه، حفظ ابعاد و کاهش احتمال سوختگی قطعات نازک می‌شود.

جوشکاری بدون سیم فیلر

در بسیاری از موارد، لیزر نیازی به سیم جوش ندارد و اتصال به‌صورت ذوب مستقیم دو قطعه انجام می‌شود. این ویژگی هزینه مواد مصرفی را کاهش داده و جوشی تمیزتر فراهم می‌کند.

سهولت استفاده و نیاز کمتر به مهارت بالا

دستگاه‌های لیزری دارای تنظیمات آماده و کاربری ساده هستند. حتی اپراتور کم‌تجربه با آموزش کوتاه می‌تواند جوش‌هایی با کیفیت بالا انجام دهد، برخلاف TIG که مهارت‌محور است.

ایمنی بالاتر و محیط کار تمیزتر

با حذف جرقه، دود ناشی از الکترود و نور خیره‌کننده، محیط کاری لیزر ایمن‌تر و تمیزتر است. البته باید از عینک مخصوص لیزر استفاده شود تا از آسیب پرتوی نامرئی جلوگیری گردد.

راندمان انرژی بالا و مصرف برق کمتر

راندمان لیزر فایبر از روش‌های سنتی بسیار بالاتر است؛ این تفاوت باعث صرفه‌جویی در برق، کاهش حرارت اضافه و نیاز کمتر به خنک‌سازی می‌شود.

جوشکاری فلزات و آلیاژهای متنوع

لیزر فایبر قادر به جوشکاری فلزات صنعتی شامل آهن، استیل، آلومینیوم، مس، برنج، چدن و … است. با تنظیم توان، سرعت و مد کاری، عملکرد روی فلزات بازتابنده یا رسانا نیز بهینه می‌شود. همچنین امکان جوش ترکیبی فلزات غیرهم‌جنس مانند آلومینیوم-مس یا فولاد-مس وجود دارد که در روش‌های سنتی دشوار یا پرریسک است. سرعت سرد شدن بالا در لیزر از تشکیل فازهای شکننده جلوگیری می‌کند و جوشکاری اتصالات خاص را ممکن می‌سازد.

منبع لیزر فایبر و کیفیت پرتو

منبع لیزر در دستگاه‌های جوش لیزری پرتابل، سورس فایبر است که نور لیزر را مستقیما درون فیبر تولید و تقویت می‌کند. اتصال از طریق کانکتور QBH به هد یا فیبر خروجی انجام می‌شود. کیفیت پرتو بالا، ثبات توان خروجی و عدم نیاز به تنظیمات دستی از مزایای این طراحی است. برخلاف لیزرهای قدیمی مانند Nd:YAG یا CO₂ که به تنظیم آینه و تعویض قطعات نیاز داشتند، سورس فایبر به صورت مهروموم‌ و ماژولار بوده و تعمیرات دوره‌ای ندارد.

ناحیه حرارتی کوچک و اعوجاج کم

یکی از مزایای کلیدی لیزر فایبر کاهش چشمگیر ناحیه حرارت دیده است. انرژی لیزر دقیقا در نقطه جوش متمرکز شده و حرارت کمی به اطراف منتقل می‌شود. در نتیجه، اعوجاج قطعه کاهش یافته، ساختار متالورژیکی بخش‌های اطراف حفظ شده و در قطعات نازک یا حساس تغییر شکل رخ نمی‌دهد. سرعت بالا و بازگشت سریع گرما به دلیل تماس با بخش‌های سردتر، باعث می‌شود جوش لیزری مناسب قطعات حساس مانند تجهیزات پزشکی و الکترونیکی باشد.

دقت و کیفیت ظاهری جوش

پرتوی لیزر را می‌توان در ناحیه‌ای بسیار کوچک متمرکز کرد و جوش‌هایی بسیار تمیز و ظریف ایجاد کرد. در صنایع حساس، این دقت بالا امکان جوش قطعات ریز را بدون آسیب به نواحی مجاور فراهم می‌سازد. جوش حاصل فاقد پاشش، سرباره یا دود است، ظاهر براق و یکنواخت دارد و معمولا نیازی به تمیزکاری بعدی نیست. همچنین تخلخل بسیار کم و ساختار جوش یکنواخت، موجب افزایش استحکام نهایی اتصال می‌شود.

جوش نابرابر و قطعات متفاوت ضخامت

یکی از مزایای لیزر نسبت به MIG/TIG، قابلیت جوشکاری قطعات با ضخامت متفاوت است؛ چون انرژی روی ناحیه کوچک و دقیق اعمال می‌شود، می‌توان؛ مثلاً یک ورق نازک را به یک قطعه ضخیم‌تر جوش داد بدون اینکه حرارت کل قطعه جذب شود یا بخش نازک بسوزد. این ویژگی در کاربردهای مهندسی یا تعمیرات پیچیده بسیار کارآمد است.

جوشکاری با سیم فیلر یا بدون سیم

جوشکاری لیزری را می‌توان به‌صورت خودبه‌خودی (بدون سیم فیلر) انجام داد که تمیز، سریع و مناسب برای جوش‌های ظریف است. در مواقعی که نیاز به پرکردن درزهای بزرگ‌تر یا جوشکاری ضخیم باشد، از سیم فیلر استفاده می‌شود که با وایر فیدر در دستگاه انجام می‌شود. لیزر در این حالت همچنان کنترل دقیق ناحیه حرارتی را حفظ می‌کند. مزیت مهم این است که دستگاه جوش لیزری قابلیت هر دو حالت را دارد و کاربران بسته به پروژه، انعطاف عملکردی بالایی دارند.

سیستم‌های خنک‌کننده لیزر: هوا خنک در برابر آب‌خنک

در طراحی دستگاه‌های جوش لیزری، دفع گرمای تولیدشده توسط لیزر اهمیت زیادی دارد. دو نوع سیستم خنک‌کننده رایج‌اند: آب‌خنک و هوا خنک.

نسل‌های قدیمی لیزر معمولا آب‌خنک بودند، اما با پیشرفت فناوری جوش فایبر، امکان خنک‌کاری هوا نیز برای توان‌های مختلف فراهم شده است. این تحول باعث کاهش وزن، ابعاد و مصرف برق دستگاه‌های پرتابل شده و نیاز به نگهداری مایع خنک‌کننده را از بین برده است.

مزایای هوا خنک:

• حذف چیلر و کاهش مصرف انرژی
• نگهداری ساده‌تر (فقط تعویض فیلتر هوا)
• مناسب برای کارگاه‌های سیار و فضاهای محدود

محدودیت‌ها:

• در توان‌های بالاتر از ۳ الی 6 کیلووات همچنان آب‌خنک ضروری است.
• صدای فن ممکن است در کارگاه‌های کوچک آزاردهنده باشد.

در مجموع، دستگاه‌های جوش لیزری هوا خنک برای مصارف متوسط گزینه‌ای ایده‌آل هستند، اما در شرایط دمایی بالا یا کاربردهای سنگین، انتخاب سیستم آب‌خنک منطقی‌تر است.

کاربردهای مناسب برای جوش لیزری پرتابل

1. لوازم خانگی و آشپزخانه

2. لوله و اتصالات بهداشتی

3. صنایع الکترونیک

4. باطری‌سازی و انرژی‌های نو

5. صنایع پزشکی