مهندسی مکانیک - جوشکاری

جوشکاری و برشکاری با استفاده از اشعه لیزر از روشهای نوین جوشکاری بوده که در دههای اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کیفیت ، سرعت و قابلیت کنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می شود .به وسیله متمرکز کردن اشعه لیزر روی فلز یک حوضچه مذاب تشکیل شده و عملیات جوشکاری انجام می شود .
اصول کار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری :
به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشکاری و برشکاری استفاده می شود : لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO۲ . در زیر اصول کار لیزر Ruby که از آن بیشتر در جوشکاری استفاده می شود توضیح داده می شود . این سیستم لیزر از یک کریستال استوانه ای شکل Ruby (Ruby یک نوع اکسید آلومینیوم است که ذرات کرم در آن پخش شده اند . ) تشکیل شده است . دو سر آن کاملا صیقلی و آینه ای شده و در یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این کریستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق برای کار در سرعت حدود ۱۰۰۰ فلاش در ثانیه طراحی شده است . لامپ گزنون با استفاده از یک خازن که حدود ۱۰۰۰ بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می زند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در اثر این تحریک امواج نور از خود سطع می کنند و با باز تابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شکل می گیرد . اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد می کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می شود

محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیکه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر های گاز مانند لیزر CO۲ است که در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO۲ بیشتر به منظور برش استفاده می شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود .
از انجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می شود این سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد .
در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد : یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا که یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه است .
در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .
طراحی اتصال در جوشکاری لیزر : بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ازطرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود .

لیزر یک نام اختصاری به معنی تقویت نور با انتشار برانگیخته تابش است . فرآیند به برخورد یک اشعه نور تکرنگ همفاز جهت دار و شدید به قطعه کاری که ماده به وسیله تبخیر از آن خارج میشود بستگی دارد .جوشکاری و برشکاری با استفاده از اشعه لیزر از روشهای نوین جوشکاری بوده که در دههای اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کیفیت ، سرعت و قابلیت کنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می شود .به وسیله متمرکز کردن اشعه لیزر روی فلز یک حوضچه مذاب تشکیل شده و عملیات جوشکاری انجام می شود .

ساخت مواد و قطعات با کار کرد بالا (high performance) یکی از فاکتور های عمده پیشرفت صنایع مدرن بشمار می رود .بررسیهای بعمل آمده نشان می دهد که بدون مواد مهندسی و بدون استفاده از یافته های جدید علم و مهندسی مواد ,امکان حضور در حوزه های علمی و تخصصی و در میادین رقابت جهانی به سختی حاصل و یا امکان پذیر نخواهد بود . در این نوشتار ضمن اشاره به پتانسیل بالقوه بکارگیری اتصال و جوشکاری سرامیکها ,بهره مندی از خواص خوب سرامیکها ,از طریق اتصال با مواد دیگر در صنایع مطرح و روشهای مختلف به بحث گذاشته شده است.
پیشرفتهای آزمایشگاهی جوشکاری و اتصالات سرامیکها قبل از سال 1920شروع شده است.

جوشکاری فولادهای فریتی :

این فولادها را نیز می توان با انواع فرآیندهای قوس الکتریکی جوشکاری نمود . این فولادها مستعد رشد دانه می باشند لذا باید حرارت ورودی کم باشد .

گاهی ممکن است پیش گرم ۲۰۰ - ۳۰۰C در فولادهای نیمه فریتی با ضخامت بیشتر از ۳ mm نیاز باشد . از ورود کربن و نیتروژن به درون جوش باید جلوگیری شود . مواد مصرفی آستنیتی بدلیل داکتیلیتی بیشتر نسبت به فلز پایه برای جوشکاری این فولادها ترجیح داده می شود . در صورتیکه خطر ورود سولفور از محیط به درون قطعه باشد ، لایه نهایی جوش که با محیط در تماس است باید از مواد فریتی انتخاب شود . جهت جلوگیری ازخوردگی نباید مقدار کرم فلز جوش کمتر از فلز پایه باشد .

مواد مصرفی فریتی را نیز در مواقعی که نیاز به انبساط حرارتی برابر و یا نمای ظاهری یکسان سطح باشد ، انتخاب نمود .

گاز محافظ باید با پایه آرگون باشد و بهیچ وجه نباید شامل CO ۲ ، هیدروژن یا نیتروژن باشد .

در فولادهای فریتی بدلیل ضریب انبساط کم و هدایت حرارتی بالا مشکل پیچیدگی بسیار کمتر از فولادهای آستنیتی است .