Laser Welding
اسلاید 1: بسم الله الرحمن الرحيم
اسلاید 2: سمینار درس:روشهای تولید و کارگاهموضوع سمینار:Laser Welding2
اسلاید 3: تاریخچه کلمه لیزر laser) ) در واقع از حروف نخست کلما تLight Amplification by stimulated Emission of Radiation که به معنی تقویت نور توسط گسیل القایی تابش است، گرفته شده است. انیشتین در 1917 میلادی نظریه گسیل القایی را بیان داشت و روابط مشهور جذب و نشر را به جهان عرضه نمود. بر پایه این تئوری چهل سال بعد ، تاونز و همکاران او ، نخستین تقویت کننده گسیل القایی را با بکار گیری آمونیاک مورد آزمایش قرار داده و سیستمی به اسم میزر پدید آو ردند که در فرکانس کار 2.3X1011Hz می‌کرد.نخستین لیزر در 1960 بوسیله میلمن ، با استفاده از یاقوت قرمز (ترکیبی از اکسید آلومینیوم خالص به همراه 5 درصد اکسید کروم (III ساخته شد و اولین لیزر گازی He - Ne توسط دکتر علی جوان در آزمایشگاه شرکت Bell در آمریکا ساخته شد. در سال 1986 کشف شد که منبع لیزر میتواند نور همدوس تابش کند، به گونه‌ای که دامنه و فاز آن در تمامی نقاط فضا ، قابل سنجش و تعیین باشد. یکی دیگر از خواص لیزر ، همگرایی بالای آن است. به دلیل این ویژگی ، تمامی انرژی پرتو لیزر تقریبا در یک فرکانس متمرکز میشود. لذا تکفامی و بالا بودن شدت آن ایده‌آل است.
اسلاید 4: نمایی از لیزر گازی دکتر علی جوان. مجله Smithsonian آوریل 1971
اسلاید 5: اشنایی با لیزر گسیل خود به خود فوتون + اتم = اتم* گسیل القایی(یا تحریک شده) 2 فوتون + اتم = فوتون + اتم*
اسلاید 6: درگسیل القایی که اساس کار لیزر میباشد فوتون گسیل شده از اتم با فوتون فرودی هم جهت ؛همفازوهم انرژی است.فرض کنید مجموعه ای از اتمها همانند شکل قبل همگی درحالت برانگیخته اند ؛ فوتونی با انرژی مناسب به اتم اول فرود می اید و سبب گسیل القایی یک فوتون مشابه می شود.اینک هر یک از این دو فوتون باعث فرایند گسیل القایی دیگری می شوند وبه این ترتیب 4 فوتون مشابه تولید می شود.این فرایند ؛یعنی دو برابر شدن فوتونها در هر مرحله ؛ادامه می یابد تا با ریکه ی شدیدی از فوتونها که همگی هم جهت ؛همفازوهم انرژی اند ؛ایجاد می شود.این باریکه را یک باریکه لیزر می نا مند.این پدیده که به ساده ترین شکل بیان شد ؛اساس کار لیزر را تشکیل می دهد .
اسلاید 7: نمونه‌هایی از لیزرهای متداوللیزرهای متدوال مادون قرمز (IR (2 _ 10μm : لیزر مونو اکسید کربن (CO) لیزر دی اکسید کربن ( CO2 ) و بلورهای هالیدهای قلیایی و ابزار دیودی. لیزر نئودنیوم یق (ND:YAG) تابشی در طول موج 1.06 میکرومتر تولید کرده و لیزرهای الکساندریت یا دیودهای مخابراتی قابل تنظیم در IR نزدیک هستند. (طول موج از 2000nm تا 700nm)لیزرهای محدوده نامرئی (400 _ nm 700 ( : لیزرهای آرگون _ کریپتون و لیزر هلیوم _ نئون، لیزرهای رنگی و لیزر تیتانیوم_یاقوت کبودلیزرهای محدوده ماورای بنفش (200 _ nm 400 ( : لیزرهای اگزایمر (لیزر هالید گاز نادر) ، نیتروژن ، لیزر رنگی با فرکانس دو برابر شده ، لیزرهای با فرکانس چندین برابر شده.
اسلاید 8: لیزر دی اکسید کربن لیزر دی اکسیدکربن (CO2 ) نمونه‌ای از یک لیزر گاز مولکولی پر قدرت است. عمل لیزر کنندگی در لیزر CO2 بواسطه انتقال انرژی از اتمهای نیتروژن برانگیخته به ترازهای انرژی مجاور مولکولهای CO2 صورت می‌گیرد. باریکه خروجی وقتی کانونی شود میتواند صفحات الماس و فولاد ضخیم را در عرض چند ثانیه برش دهد.با قرار دادن یک Q - سوئیچ می‌توان لیزر CO2 را از عملکرد موج پیوسته به عملکرد پالسی (ضربه‌ای) تبدیل کرد. با استفاده از این شیوه یک لیزر 100 واتی CW میتواند پالسهای 100 کیلو واتی در عرض 150 نانو ثانیه و با 400 پالس در ثانیه ایجاد کند.عملکرد لیزر از طریق گذارهای بین ترازهای ارتعاشی - دورانی مختلف امکان پذیر میشود و تابش خروجی به صورت فرو سرخ (فوتونهای کم انرژی) میباشد. لیزر CO2 با استفاده از این نوع گذار یک باریکه خروجی مثلا به طول موج 10.6 میکرومتر در عملکرد موج پیوسته (CW ) می‌دهد. طراحی لیزر ، CO2 شبیه He - Ne است، با این تفاوت که مخلوط گاز (9% دی اکسید کربن ، 15% نیتروژن ، 76% هلیوم) پیوسته و بطور یکنواخت از داخل لوله عبور می‌کند. پمپ کردن این لیزر مانند لیزر هلیوم- نئون با برانگیزش dc انجام می‌گیرد. لوله را باید خنک کرد، این کار معمولا با جریان آب بطور یکنواخت از میان یک پوشش به دور لوله صورت می گیرد.
اسلاید 9:
اسلاید 10: لیزرهای دیودی لیزرهای دیودی نیم رسانا پرفروشترین نوع لیزر در جهان هستند.یک لیزر نیم رسانا اساسا از اتصال بین یک نیم رسانای نوع ( P )غنی از حفره‌های مثبت و یک نیم رسانای نوع ( n )غنی از الکترونها تشکیل میشود. بر اثر عبور جریان الکتریکی از محل اتصال ، الکترونها و حفره‌ها می‌توانند باز ترکیب شوند که در این فرآیند نور نشر میشود.
اسلاید 11: لیزر هلیوم - نئون معروفترین لیزر (در حقیقت یکی از معروفترین لیزرها) لیزر He - Ne است. ماده فعال آن مخلوطی از هلیوم و نئون است که با نسبت حدود 10 قسمت هلیوم و 1 قسمت نئون بدست می‌آید.گذارهای لیزری بین ترازهای انرژی نئون با چندین گذار مختلف ممکن است.e1 + He → He* + e2 He* + Ne → Ne* + He
اسلاید 12: هر یک از گذارهای چهار گانه لیزربا دیگری از شروع و یا پایان گذار شریک است. و از اینرو است که این گذارها همواره باهم رقابت میکنند و دقت خاص باید اعمال شود تا از گذارهای ناخواسته جلوگیری شود. بهترین راه این است که آینه‌های لیزر برای طول موج مورد نظر بازتاب کننده بسیار خوبی باشند. بهتر است آینه‌ها بر روی لوله نصب شوند.
اسلاید 13: جوشکاری با لیزرفرآيند به برخورد يك اشعه نور تكرنگ همفاز جهت دار و شديد به قطعه كاري كه ماده به وسيله تبخير از آن خارج ميشود بستگي دارد . جوشكاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشكاري بوده كه به وسيله متمركز كردن اشعه ليزر روي فلز يك حوضچه مذاب تشكيل شده و عمليات جوشكاري انجام مي شود .
اسلاید 14: اصول كار و انواع ليزرهاي مورد استفاده در جوشكاري به طور عمده از دو نوع ليزر در جوشكاري و برشكاري استفاده مي شود : ليزرهاي جامد مثل Ruby و ND:YAG و ليزرهاي گاز مثل ليزر CO2 در زير اصول كار ليزر Ruby كه از آن بيشتر در جوشكاري استفاده مي شود توضيح داده مي شود . اين سيستم ليزر از يك كريستال استوانه اي شكل Ruby (Ruby يك نوع اكسيد آلومينيوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند . ) تشكيل شده است . دو سر آن كاملا صيقلي و آينه اي شده و در يك سر آن يك سوراخ ريز براي خروج اشعه ليزر وجود دارد . در اطراف اين كريستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق براي كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانيه طراحي شده است . لامپ گزنون با استفاده از يك خازن كه حدود 1000 بار در ثانيه شارژ و تخليه شده فلاش مي زند و هنگامي كه كريستال Ruby تحت تاثير اين فلاش ها قرار بگيرد اتمهاي كرم داخل شبكه كريستالي تحريك شده و در اثر اين تحريك امواج نور از خود ساطع مي كنند و با باز تابش اين اشعه ها در سطوح صيقلي و تقويت آنها اشعه ليزر شكل مي گيرد . اشعه ليزر شكل گرفته از سوراخ ريز خارج شده و سپس به وسيله يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژي بسيار زيادي در سطح كوچكي آزاد مي كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب مي شود .
اسلاید 15:
اسلاید 16: محدوديت ليزر Ruby پيوسته نبودن اشعه آن است در حاليكه انرژي خروجي ان بيشتر از ليزر هاي گاز مانند ليزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پيوسته است، از ليزر CO2 بيشتر به منظور برش استفاده مي شود و از ليزر ND:YAG بيشتر براي جوشكاري آلومينيوم استفاده ميشود . از انجا كه در اين روش مقدار اعظمي از انرژي مصرف شده به گرما تبديل مي شود اين سيستم بايد به يك سيستم خنك كننده مجهز باشد . در جوشكاري ليزر دو روش عمده براي جوشكاري وجود دارد : يكي حركت دادن سريع قطعه زير اشعه است تا كه يك جوش پيوسته شكل بگيرد و ديگري كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سري پرتاب اشعه است . در جوشكاري ليزر تمامي عمليات ذوب و انجماد در چند ميكروثانيه انجام مي گيرد و به خاطر كوتاه بودن اين زمان هيچ واكنشي بين فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از اين رو گاز محافظ لازم ندارد .
اسلاید 17: Nd:YAG laser welding machine 80 - 150 J; 40 - 80 W
اسلاید 18: اصول جوشکاری لیزرتمرکز لکه لیزر بر روی سطح قطعه کارجوشکاری نفوذی keyholeدر دانسیته قدرت 10000 w/mm2 با تبخیر سریع فلز یک keyhole شروعمی شود.فشار بخار keyhole را باز نگه می دارد و از ریزش دیواره جوش جلوگیری می کند.وقتي ليزرهاي چندين كيلوواتي مداوم (CW ) يا ليزر ضرباني به كار برده شود فرايند جوشكاري مقداري پيچيده تر مي شود. اساسا وقتي پرتوپرقدرت ليزر به سطح برخورد مي كند مقدار قابل توجهي از ماده ممكن است بخار شود و باعث ايجاد سوراخ كوچكي مي شود كه آنها را سوراخ كليد (Keyyhole )مي نامند انرژي ليزري كه متعاقبا به ماده مي رسد در محل سوراخ تله مي افتد و سريع تر از حالت قبل به ماده نفوذ مي نماياند.
اسلاید 19: Laser Spot WeldLaser Welded Tube FerruleLaser Weld PenetrationLaser Welded Titanium Assembly
اسلاید 20: Laser Welded and ElectropolishedCorner Laser WeldLaser Welded 300 Series SSCircular Fillet Laser Weld
اسلاید 21: 300 Series Linear Laser Weld304 SS Circular Laser WeldLaser Weld Near Glass/Metal Seals Medical Device Laser Welded
اسلاید 22: لیزر موج پالسی ریزش فلز مذاب به مرکز keyhole و جامد شدن آنلیزر موج پیوسته حرکت پرتو در امتداد خط جوش تولید یک موج کوچک در لبه راهنمای keyhole که با کشش سطحی ساپرت می شود.تشکیل یک گرده جوش V شکل ناچیز در سطح جوش که به نقطه شروع جوشکاری اشاره دارد.
اسلاید 23: دانسیته قدرت پایین سطح جوش کم عمق و پهن احتیاج به زمان بیشتر سرعت جوشکاری پاییندانسیته قدرت بالا تر جوش عمیق و باریک احتیاج به زمان کمتر سرعت جوشکاری بالاتردر دانسیته بیش از w/mm2 100000 جوش اتفاق نمی افتد و برشکاری صورت می گیرد
اسلاید 24: جوشکاری قوس الکتریکی تنگستنجوشکاری لیزرمقایسه با روش های سنتی
اسلاید 25: جوشکاری سنتی نقاط ذوب همدما به همه جهات به خارج از منبع حرکت میکنند تا چند mm عمق نفوذ محدود می شود و استفاده از شیار V شکل ضروری می گردد پهنای جوش معمولا“ بیشتر از عمقش است استفاده از سیم پرکننده با چندین پاسجوشکاری لیزر حرارت از منبع به خطی در امتداد ضخامت منتقل می شود جوشکاری لیزر برای دستیابی به عمق نفوذ منحصرا“ به شرایط حرارتی وابسته نیست برعکس سنتیعمق جوش معمولا“ بیشتر از پهنایش است ضخامت بیشتری در یک پاس جوش داده می شود حذف هزینه سیم پرکننده کاهش زمان تولید
اسلاید 26: موقعیت جوشکاریدرز فیلتمدور محوریمدور شعاعیفلنجتخت
اسلاید 27: کاربرد جوشکاری لیزر در موقعیت بالای سر overheadکشش سطحی بالا در keyholeجوش بسیار باریک سرعت بالای جوشکارینرخ خنک کاری بالاجلوگیری از بیرون ریختن مذاب تحت نیروی جاذبهبکارگیری یک پنجره محافظ جلوی تفنگ لیزر جلوگیری از پاشش جوش و تخریب نور لیزر
اسلاید 28: کاربرد های جوشکاری لیزرصنایع هوایی
اسلاید 29: قطعات الکترونیکی
اسلاید 30: تیغه های تیغ صورت تراشی
اسلاید 31: صنایع خودروسازی
اسلاید 32: BEAEBEEBECBEABBBBEBECCEEEEBECBCEEBECEEBAAEAEBABEAAAEAEABCEDECAEDDCCEECEEBECEBBEEEEADECEEDEEAEEEEACEEEEEEBBACEAEACECEEDECEABEEEEECEEEEEEEمواد MaterialبریلیومطلاآلمینیومکبالتمسآهنمنیزیمملیبدننیکلپلاتینرونیمتینتانتالیومتیتانیومتنگستنزیرکنیومنقرهآلمینیومطلابریلیومکبالتمسآهنمنیزیمملیبیدننیکلپلاتینرونیمتینتانتالیومتیتانیومتنگستنA خوبB قابل قبول (جوش مشکوک ) C جوش با احتیاط (داده های غیر قابل قبول ) D احتیاط زیاد (اطلاعاتی در دست نیست ) E ترکیبات ناخواسته
اسلاید 33: مادهملاحظاتآلیاژ های آلومینیمجوش با دقت کم مس فقط برای جوشکاری میکرو نقطه ای مناسب استچدن ریخته گریاستفاده از سیم پرکننده نیکل برای غلبه بر ترک جوشآلیاژهای پایه نیکل و نیکل بالابسیار خوب جوش می خورندبعضا“ برای ارتقا کیفیت به ماده پر کننده احتیاج استفولاد های کم کربنکیفیت جوش بسیار خوب استپایین نگه داشتن میزان فسفور و سیلفور تولیدیفولادهای کربن متوسط و بالاجوش پذیر ، ولی احتیاط ویژه ای لازم است آلیاژ های فولادسختی جوش بالا بخاطر سرعت خنک کاری بالاتیتانیومکیفیت جوش بالا با ساختار ریز دانه
اسلاید 34: نتیجه گیریمزایا و معایب جوشکاری لیزر
اسلاید 35: مزایا 1-جوش های باریک و عمیق میتواند نیاز به اتصالات V شکل و ماده پر کننده را حذف کند2-حرارت ورودی کم در ماده پیچش حرارتی کم در قطعه عدم نیاز به ماشینکاری بعد از جوشکاری کاهش آسیب های متالوژیکی همانند رشد مرز دانه ها و گسترش HAZ3-نرخ تولید بالا و انعطاف پذیری پروسه سرعت جوشکاری بالا تا چند متر در دقیقه مناسب برای اتوماسیون و عملیات ترکیبی ربات ها4-جوشکاری در نقاطی که دسترسی محدود و فقط از یک طرف است
اسلاید 36: معایب1- اتصال باید فیت و کلمپ شده باشد. اندازه لکه متمرکز کوچک پرتو لیزر از گپ های نازک عبور می کند ، بویژه درورقهای نازک قطعات فیت شده ضعیف جوش های Undercut تولید می کنند.2- دقت قطعه و تجهیزات تنظیم پرتو برای کنترل انرژی ورودی ضروری است.
اسلاید 37: 3- همراستایی دقیق اتصال و پرتو ضروری است. جوش باریک به راحتی می تواند خط اتصال را از دست دهد.4- ماشین ها درکارگاه ثابتند سرویس های الکتریکی وخنک کاری آب برای عملکرد لیزر احتیاجند مخصوصا“ برای لیزر co2 ، که قابل حمل نیستند5- بالا بودن هزینه تجهیزات و عملکرد کلی
اسلاید 38: با تشکر
نقد و بررسی ها
هیچ نظری برای این پاورپوینت نوشته نشده است.