نام فایل : جوشکاری با لیزر

فرمت : .ppt

تعداد صفحه/اسلاید : 23

حجم : 3 مگابایت

جوشکاری با لیزر
تاریخچه لیزر:
توضیح طبیعت نور
توسط یونانیان نظریه ذره ای نور نیوتن (قرن 17 )
نظریه موجی نور هوک وهویگنس (1801م)
تئوری پرتو لیزر توسط ینشتین(اوایل قرن 20 بر مبنای تئوریخواص)
تقویت نور با استفاده از تخلیه گازها(1940-1951توسط دانشمندان روسی)تولید و تقویت فرکانسها بر اساس تشعشعات الکترومغناطیسی(1952 به طور مستقل توسط دانشمندان روس امریکاو کانادایی)بردن ذرات به حالت ناپایدار توسط سیستمهای تحریک شده در سه تراز انرژی(1955 دانشمندان روس) ساخت اولین لیزر یاقوتی (1960 توسط میمن)
تعریف لیزر:



ليزر مخفف عبارت زير مي باشد .
LASER= Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
بسط و توسعه نور توسط نشر تشعشع تحریک شده می باشد. اختراع اولین لیزر گازی که مخلوطی از گازهای هلیم و نیتروژن بود(1961 توسط دانشمند ایرانی الاصل علی جوان و دو دانشمند امریکایی)
نور لیزر:

تشکیل شده از یک هسته اشعه تک فرکانس موازی همفاز و دارای انرژی متمرکز در سطح مقطع کوچک.
فیزیک فرآیند جوشکاری با لیزر:
شعاع لیزری با شدت 10000 وات بر متر مربع به سطح فلز می تابد که بیشتر نور تابیده شده بازتاب می شود و فقط کمی از لیزر جذب لایه های مرزی فلز می شود که با گذشت زمان کافی به کالبد جسم نفوذ پیدا می کند هر چی فلز گرمتر شود مقاومت آن و در نتیجه میزان جذب انرژی بالاتر می رود. ناحبه ذوب تا حدودی به صورت نیمکره در می آید به علت جابجایی مذاب و پارامترهای دیگر پهنای جوش یکی دو برابر عمق آن می شود
دستگاه لیزر شامل سه قسمت اصلی است:

1- ماده لیزر: منظور ماده ای است که در اثر تحریک و تشعشع اشعه لیزر تولید میکند
2- قسمت تولید تحریک و تولید معکوس جمعیت (مثال فلاش لامپها و تخلیه های الکتریکی)
3- سیستم موازی کننده اشعه: در دو طرف اتاقک لیزر دو آینه یکی کاملاً بازتاب دهنده و دیگری با بازتاب دهندگی جزئی وجود دارند که بخشی از اشعه را از خودعبور می دهد.
اصول تولید نور لیزر :
بر مبنای تئوری اینشتین (تحریک اتم توسط انرژی خارجی)بنا نهاده شده است.الکترونهای مدار خارجی هر اتم بر اثر دریافت انرژی به مدارهای بالاتر می پرند در این حالت اتم را تحریک شده می گویند.اتم تحریک شده بلافاصله توسط الکترونش انرژی دریافتی خود به مدار قبلی بر می گردد در صورتی که اتم در حالت تحریک شده مجددا تحریک شود برگشت الکترون به مدار پایین سریع شده و دو موج کاملا مشابه همزمان با بازگشت الکترون به سطح قبلی انرژی خود از اتم خارج می شود این عمل را نشر تحریک گویند.بدین صورت که امواج مشابه همدیگر را تقویت کرده و تقویت این امواج توسط نشر تحریک شده اصول عملکرد لیزر است.
ساختمان و فرایند سیستم لیزر:
ليزر سه قسمت اساسي دارد :
1 ) ماده توليد کننده ي ليزر
2) قسمت توليد کننده و نگهدارنده ي وارونگي جمعيت ( فلش لامپ)
3) آينه ها
در زير شکل يپک دستگاه توليد کننده ي ليزر را مشاهده مي کنيم .
محیط لیزری: ماده ای که به عنوان تقویت کننده نور عمل می کند دمنده :یک چشمه انرژی خارجی است
تشدید گر:یک دسته آینه
ساختمان کلی یک سیستم لیزری
1- مولد لیزر(محفظه تشدید کننده)که حاوی گاز با فشار کم است وبا اعمال ولتاژ باعث تحریک وشتاب دادن الکترون ها شده که با یونهای خنثی برخورد کرده وآن ها را تحریک می کنند.2- منبع توان لیزر یا منبع ولتاژ میز فرایند بالا
3- کلگی شامل عدسیهای همگرا ساز و شیپوره 4- NC برای کنترل دقیق میزونور لیزروجابجایی عدسی همگرا ساز
5 - تابلوی عملیات برای کنترل کل سیستم6- چیلربرای خنک کاری سیستم7- سیلندر گازیکی برای محفظه تشدید ویکی برای گاز کمکی
لیزر پالسی و پیوسته و تولید لیزر با پالسهای کوتاه
لیزر را میتوان واداشت تا همه انرژی خود را بصورت پالسهای کوتاه گسیل کند .این کار با استفاده از سلول پا کل انجام می شود که حرکت فوتونها را به سمت آینه جزئی سد میکند وهنگامی که تمام اتم هادی ماده برانگیخته شدند توسط یک پالس الکتریکی این سد شکسته شده و انرژی فراوان در مدت کوتاهتر از پیکو ثانیه آزاد می شودلیزر با پالس بلند
انواع لیزر
1- لیزر های حالت جامد2- لیزر های مایع3- لیزر های گازی4- لیزر های نیمه رسانا5- لیزر های الکترون آزاد(لیزر های دو مورد آخر در مخابرات استفاده می شود)
لیزر حالت جامد
کاربرد:مته کاری – برشکاری – جوشکاریویژگی:معمولا بصورت پالسی از لوله نوری خارج شدهبالاترین انرژی لیزری را داراست

طرز کار لیزر جامد
معمولا جسم جامد مورد استفاده کریستالهای اکسید آلومینیوم می باشد که 0.05% نا خالصی کروم دارد.برای تحریک این نوع لیزر از منابع نورانی استفاده می شود.منبع نورانی برای تحریک یک فلاش لامپ است که شبیه فلاش دوربین عکاسی عمل می کند که با نور شدید خود کریستالهای اکسید آلومینیوم را تحریک کرده و یون های فعال ناخالص کروم جایگزین اتم های ALدر شبکه می شود که تعداد بیش از نیمی از یون ها باید در تراز بالاتر تحریک شوند واین تحریک بصورت پالسی است که راحت تر و هزینه کمتری دارد.وقتی اتم های کروم تحریک شده به حالت اول خود بر می گردند از خود گرما و انرژی نورانی (فوتون)منتشر می کنند فوتونهای تولید شده با دیگر اتمها برخورد کرده و باعث تولید فوتونهای دیگر با طول موج های مشخص می شوند.این فوتونها به سمت جلو و عقب توسط آینه ها منعکس می شوند.در نتیجه تعداد فوتونها افزایش یافته و انرژی بیشتری تولید می شود تا اینکه از آینه جزئی عبور کرده و تفنگ لیزری را تولید می کند این نور از عدسی همگرا گذشته و روی یک نقطه متمرکز می شود.
لیزر گازی
تولید پرتوی لیزر در اثر تخلـیه در گاز دی اکسـید کربن مـی باشد که در اثـرتخلیـه ، یونها بوجود آمده واز برخورد یون ها و الکـترون ها فـوتون ساطع شـده ، که با تقویـت وافزایـش فوتون ها نور لیزر می تواند از آینه 90 % گـذشته وتوسـط یک عدسـی هـمـگرا یا یـک آینـه همگرا متمرکز شود . پرتو تولیدی بـصورت مادون قـرمـز با طول موج 10.6 میکرون تولید می شود . این لیزر راندمان بالایی دارد ودر برشکاری و بورینگ و سوراخکاری بسیار استفاده می شود .دقت ابعادی 0.025± تا 0.1 ± وسطح پرداخت را دارد . فاصله کانـونی عدسی در صنعت 2 تا 5 اینـچ است و بـرای خنک کاری لوله نوری از تجهیزات هوای خنـک در دستگاه های کوچک وآب خنک در دستگاه های بزرگ استفاده می شود ومتمرکز کردن روی قطعهCO2تولید لیزرانتقال لیزر و کانونی نمودن آن ابتدا پرتو توسط یک پهن کننده ، پهن شده و توسط یک عدسی روی سطح کار کانونی می شود . دلیل استفاده از پهن کننده این است که بتوانیم خوب لکه را کانونی کنیم .
انواع لیزرهای مورد استفاده در صنعت
لیزر های مورد استفاده در صنعت :سوئیچی است که بوسیله آن می توان لیزر راکنترل کرد . این وسیله می تـواند یک دیافـراگم مکانیکی یا یک رنگ سفـید شـدنی یا دسـتگاهی باشـد که برمبنای مـختـلف الـکـتریکـی – اپتیـکی استـوار باشـد که اغلب ازسوئیچ صوتی اپتیکی استفاده می شود .این لیزر هنگام عمل بر روی قطعه کار ایجاد امواج صوتی می کند .به عــلـت کوچـک بـودن طول موج این نوع لیزر در مـوارد زیـر از آن اسـتفاده می شود :1- درمـورد فلزات شدیدا بازتـابنـده نظیر طلا و مس ازلیزرفوق استـفاده می شود 2- با توجه به وقوع پلاسما قابلیت نفوذ این نوع لیزر بیشتر است .3- امکان انتقـال شعـاع های این لیزر توسط فیبـرهای نوری وجود دارد که باعث بالا رفتن قابلیت انجام فرایند ساخت می شود .
مزایای جوشکاری با لیزر:
گرم کردن موضعی فرآیندی غیر تماسی قابلیت تکرار بالا عدم فرسایش الکترود و آلودگی در هوای آزاد می توان انجام داد امکان جوشکاری فلزاتی با دمای ذوب بالا امکان جوشکاری فلزات غیر هم جنس امکان جوشکاری فلزاتی با اشکال هندسی پیچیده شعاع لیزر تحت تاثیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی قرار نمی گیرد اعوجاج ناشی از اثرات حرارتی بسیار کم است.
مزاياي جوشکاري ليزر
در جوش ليزر به خاطر تمرکز حرارتي بسيار بالاي ليزر مي توانيم جوشهاي نقطه اي بسيار کوچکي را بزنيم .
مناطق ذوب و HAZ بسيار کوچک مي باشند .
سرعت جوشکاري بسيار بالاست .
در اين روش از جوشکاري مي توان مناطقي را که جوشکاري آنها مشکل است را با دقت بسيار بالا جوشکاري کرد .
نرخ توليد بسيار بالا و انعطاف پذيري فرآيند
عدم نياز به تماس با محل جوشکاري
- اصول جوشکاري ليزر :

پرتوي ايجاد شده توسط ماشين ليزر به محل جوشکاري تابيده مي شود . در اين حالت يک پرتوي بسيار باريک و با شدت بالا در يک نقطه ي بسيار کوچک يک تمرکز حرارتي بسيار بالا ايجاد مي کند و به اين ترتيب ماده ذوب شده و جوشکاري انجام مي شود .
پرتوي ايجاد شده توسط ماشين ليزر به محل جوشکاري تابيده مي شود . در اين حالت يک پرتوي بسيار باريک و با شدت بالا در يک نقطه ي بسيار کوچک يک تمرکز حرارتي بسيار بالا ايجاد مي کند و به اين ترتيب ماده ذوب شده و جوشکاري انجام مي شود .
تکنيک هاي جوشکاري
1- جوشکاري ليزر با هدايت محدود
2- جوشکاري ليزر با نفوذ بالا
معايب جوشکاري ليزر
در اين روش بايد دو قطعه ي مورد جوشکاري کاملا به هم fit شوند و هيچگونه درزي بين آنها نباشد . چون با توجه به اينکه پرتوي ليزر بسيار باريک و کوچک مي باشد در صورت وجوذ يک فاصله ي حتي کوچک ممکن است که پرتوي ليزر از اين فاصله عبور کند و جوشکاري انجام نشود .
بايد دوقطعه ي مورد جوشکاري کاملا هم تراز باشند .
....