إن استخدام الليزر هو طريقة جديدة نسبيًا في اللحام. ورغم أن المفهوم لا يزال كما هو – استخدام الحرارة لربط مادتين – فإن الطريقة التي يتم بها توصيل الحرارة بواسطة الليزر فريدة من نوعها. ورغم أن اللحام بالليزر موجود منذ عقود من الزمان، إلا أن استخدام هذه التكنولوجيا لم ينتعش إلا مؤخرًا بسبب التحول إلى عمليات التصنيع الآلية.
كيف يعمل؟
اللحام بالليزر أو اللحام بشعاع الليزر (LBW) هو عملية تستخدم فيها أشعة الليزر لصهر المادة على سطح قطعة العمل بحيث يمكن ربطها بقطعة عمل أخرى من نفس المادة. يتم تطبيق اللحام بالليزر عادة على المعادن أو المواد البلاستيكية الحرارية. كما تستخدم أنواع مختلفة من الليزر في اللحام، حيث يتم استخدام التطبيقات القديمة باستخدام الليزر ذي الحالة الصلبة أو الليزر الغازي على نطاق واسع اليوم.
الليزر ليس أكثر من شعاع ضوئي شديد التركيز يصدر كمية هائلة من الطاقة. وتسمح كثافة الطاقة العالية لليزر بإذابة مادة قطعة العمل بطريقة محكومة. ومن خلال تعريض المادة لشعاع ليزر قوي، تتلقى الجزيئات الموجودة على السطح طاقة كافية لإثارة واكتساب المزيد من الخصائص السائلة.
عندما تتلامس الجزيئات المثارة من نفس المادة مع بعضها البعض وتنتقل في نفس الوقت إلى حالات إثارة أقل، فإنها تصبح صلبة مرة أخرى وتطور رابطة على المستوى الجزيئي.
كان استخدام اللحام بالليزر (مثل تقنيات الليزر الأخرى) يقتصر تقريبًا على المختبرات ومؤسسات البحث حتى أواخر تسعينيات القرن العشرين. وفي ذلك الوقت، بدأ مفهوم التصنيع الإضافي يكتسب شعبية.
مميزات اللحام بالليزر
عند النظر في إيجابيات وسلبيات تقنية اللحام بالليزر، فمن الأفضل مقارنتها بتقنيات اللحام التقليدية – تلك التي تستخدم لهب الغاز أو القوس الكهربائي. بعد كل شيء، لا تزال تقنيات اللحام التقليدية هذه هي الأكثر استخدامًا وربما تكون الكيانات التي يواجهها اللحام بالليزر.
مثالي للأتمتة… ما يجعل التحول إلى اللحام بالليزر يستحق العناء هو أنه يناسب تمامًا عملية الإنتاج الآلية.
توفر أتمتة عملية اللحام للمصنعين مجموعة كبيرة من الفوائد. فهي تقلل الحاجة إلى العمليات اليدوية، مما يؤدي إلى إنتاج منتجات ذات دقة أكبر وجودة أكثر ثباتًا. كما أن الأنظمة الآلية أسرع كثيرًا من اللحام البشري، وهو أمر بالغ الأهمية للصناعات ذات الحجم الكبير.
متوافق مع مجموعة واسعة من المواد… يتضمن اللحام باللهب أو القوس التقليدي ضبط درجة حرارة اللهب أو شدة القوس للتبديل من مادة إلى أخرى. تعمل الليزر بنفس الطريقة تقريبًا حيث يمكن تعديل شدتها لجعلها مناسبة لمواد مختلفة. الميزة الرئيسية لليزر في هذا الصدد هي أنه يمكن أن يكون له معلمات محددة مسبقًا لمواد مختلفة، مما يجعل التبديل أكثر سلاسة.
إن كثافة الطاقة العالية لليزر تجعله مناسبًا لحام المواد التي قد تشكل تحديًا لتقنيات اللحام الأخرى. إن قائمة المواد التي يمكن لحامها بالليزر طويلة وتشمل معادن فائقة القوة مثل التيتانيوم والفولاذ الكربوني. من حيث كثافة الطاقة النقية، فإن التكنولوجيا الوحيدة التي يمكنها التفوق على لحام الليزر هي لحام الحزم الإلكترونية.
تسخين عالي جدًا… ميزة أخرى للكثافة العالية للطاقة في الليزر هي أنه يذيب المواد بشكل أسرع بكثير من اللهب أو القوس الكهربائي. وهذا يسمح باللحام بشكل أسرع ولحامات أقوى. يمكن التحكم في عمق الاختراق في اللحام بالليزر عن طريق ضبط قوة الليزر. بالنسبة للمواد الرقيقة جدًا، يمكن استخدام نبضات الليزر لمنع تلف كل من المادة والآلة.
يمكن لحام المفاصل ذات الهندسة المعقدة… الميزة الفريدة للحام بالليزر هي أنه يمكن أن يعمل عن بعد. لا يلزم أن يكون طرف الليزر قريبًا من المادة لتوفير الطاقة المطلوبة للحام. وهذا يوفر مساحة أكبر للتلاعب بقطعة العمل، مما يتيح لحام المفاصل ذات الهندسة المعقدة.
تحسين السلامة… عادةً ما تكون آلات اللحام بالليزر آلية بالكامل وتحتوي على مناطق عمل مغلقة. وهذا يعني أن الموظفين لم يعد من الضروري أن يتعرضوا لدرجات الحرارة العالية والجسيمات الناتجة أثناء اللحام. ولهذا السبب وحده، تعد آلة اللحام بالليزر استثمارًا يستحق العناء. أي تقنية تزيد من سلامة مكان العمل وتبقي الموظفين بعيدًا عن المخاطر غير الضرورية تستحق النظر.
شعاع الليزر
عيوب اللحام بالليزر
يمكن أن تتشقق المعادن بسبب التبريد السريع… أي شيء يتم تسخينه بسرعة يبرد بسرعة أيضًا. وهذا هو الحال أيضًا مع اللحام بالليزر. يعني الإطلاق الموضعي للطاقة بواسطة الليزر أن المفاصل يتم لحامها معًا بسرعة إلى حد ما. ومع ذلك، فهذا يعني أيضًا أن الحرارة في المفاصل تتبدد بنفس السرعة بواسطة المادة.
يؤدي هذا إلى تراكم هائل للإجهاد الحراري، وهو ما لا تستطيع جميع المواد التعامل معه دون أن تتضرر. يُعد الفولاذ الكربوني مثالاً كلاسيكيًا للمعادن التي تميل إلى أن تصبح هشة وتتشقق عند تبريدها بسرعة كبيرة.
متطلبات رأس المال المرتفعة… ربما تكون هذه هي العقبة الأكبر التي تحول دون استخدام هذه التكنولوجيا على نطاق أوسع – فأجهزة اللحام بالليزر باهظة الثمن. وهذا الأمر يصبح أكثر وضوحًا عند مقارنته بأساليب اللحام القديمة التي تستخدم لهب الغاز أو الأقواس الكهربائية.
غالبًا ما يُنظر إلى اللحام باعتباره حرفة تتطلب لحامًا متمرسًا، ولكن ليس بالضرورة معدات باهظة الثمن. يعكس اللحام بالليزر هذا المنظور بالكامل – المعدات باهظة الثمن ولكن تشغيلها لا يتطلب الكثير من المهارة.
تطبيقات اللحام بالليزر
من نواحٍ عديدة، يناسب اللحام بالليزر تقريبًا كل تطبيق من تطبيقات اللحام التقليدية التقليدية. ونظرًا للتقاليد الطويلة في اللحام كعملية تصنيع، فليس من الصعب تحديد تطبيقات اللحام بالليزر.
لقد ثبت أن اللحام بالليزر مفيد بشكل خاص في الصناعات التحويلية الثقيلة أو الكبيرة. هذه هي الصناعات التي يمكن أن تستفيد أكثر من السرعة والدقة المضافة في اللحام بالليزر.
صناعة السيارات
استخدام اللحام بالليزر في صناعة السيارات
في صناعة السيارات، ربما تكون السرعة والجودة من أهم العوامل التي يجب مراعاتها. ولحسن الحظ، تتميز اللحام بالليزر في كلا الأمرين. إن التشغيل بدون أدوات لآلات اللحام بالليزر يعني تقليل وقت التوقف عن العمل لإجراء الصيانة الدورية وتغيير الأدوات.
بناء السفن
بناء السفن باستخدام اللحام بالليزر
تعد صناعة بناء السفن واحدة من أكثر الصناعات تطلبًا لأي عملية، بما في ذلك اللحام. من خلال استبدال اللحام بالليزر بتقنيات اللحام التقليدية، يمكن أن يصبح بناء الهياكل الفولاذية أو المعدنية في السفن أسرع وأقوى. كما أن التشوه المنخفض الناتج عن اللحام بالليزر من التسخين الموضعي يجعل من السهل صنع أجزاء دقيقة للغاية بأبعاد دقيقة.
ملخص
في مجال تصنيع الأدوات، تعد تعدد استخدامات اللحام بالليزر السمة التي تلعب دورًا مهمًا. سواء تم تصنيع الأدوات من خلال التصنيع بالطرح أو التصنيع الإضافي. غالبًا ما يتم استخدام اللحام بالليزر لربط العناصر الفردية معًا وتحقيق الشكل المقصود للأداة. إن مرونة اللحام بالليزر عندما يتعلق الأمر بهندسة المفصل تجعله مثاليًا للصناعة التي تصنع مجموعة متنوعة من المنتجات.
هذه مجرد أمثلة قليلة لمئات الاستخدامات المختلفة الأخرى للحام بالليزر. من المرجح أن يستفيد أي نوع من استخدام اللحام التقليدي في الموقع من الترقية إلى آلة لحام بالليزر.
توجد أيضًا آلات لحام ليزر “محمولة” تستخدم تقنية الليزر الليفي، على الرغم من أن قابلية نقل هذه الآلات لا تزال موضع شك. تتطلب أشعة الليزر قدرًا كبيرًا من الطاقة، ويشكل هذا المصدر الضخم للطاقة الجزء الأكبر من هذه الآلات “المحمولة”. ربما يكون هذا هو القسم الوحيد حيث لا يزال اللحام التقليدي يتفوق على اللحام بالليزر، لأن آلات اللحام بالقوس الكهربائي خفيفة الوزن وسهلة الاستخدام.
من نواحٍ عديدة، يبدو اللحام بالليزر بمثابة المستوى التالي المعقول للتطور من تقنيات اللحام التقليدية مثل لهب الغاز والقوس الكهربائي. المعدات أكثر تكلفة، لكن اللحام بالليزر بلا شك أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأسرع وأكثر دقة. والأهم من ذلك، أن آلات اللحام بالليزر مصممة للعمل تلقائيًا، وهو عنصر حاسم في التصنيع الحديث.
تظل القدرة على النقل هي التحدي الأكبر الذي تواجهه تقنية اللحام بالليزر، وخاصة في أعمال البناء أو الإصلاح عن بعد. ومع ذلك، لا توجد عقبة لا يمكن التغلب عليها، وخاصة عندما يكون هناك طلب صناعي وتجاري على هذه التقنية.