ما هو اللحام بالليزر؟

Laser welding, as an advanced sheet metal processing technology, has already become dominant in the manufacturing industry. If you are wondering whether your custom product projects are suitable for processing with laser welding, this article will provide you with effective assistance from the principles, characteristics, applications, advantages, and disadvantages, based on HDC Manufacturing’s more than ten years of metal fabrication experience.

ما هو اللحام بالليزر وكيف يعمل؟

اللحام بالليزر هو طريقة لحام دقيقة، تُسمى أيضًا لحام شعاع الليزر (LBW). يختلف اللحام بالليزر عن طرق اللحام الأخرى في أنه يستخدم شعاع الليزر.

By highly concentrating the laser beam（diameter 0.1 mm-2 mm）on the materials’ surface to be joined, the high temperature generated by the laser beam heats the materials in the joining area to their melting point, causing them to melt. The molten materials fuse together, and after cooling and solidifying, form a strong and permanent connection.

عملية اللحام بالليزر

العمل المسبق

1. قبل إجراء اللحام بالليزر، نقوم بتنظيف المواد جيدًا لأن أي تلوث متبقي يمكن أن يؤثر على عملية اللحام أو يسبب المسامية أو الشقوق في خط اللحام.
2. نظرًا لأن اللحام بالليزر يتطلب فجوات تجميع ضيقة للغاية (عادةً أقل من 10% من سمك المادة)، فإننا نقوم بتثبيت قطع العمل المراد لحامها بشكل آمن على تركيبات مطابقة لضمان بقاء خط اللحام ملائمًا بشكل وثيق وعدم تحوله أثناء المعالجة.
3. نقوم بإعداد برنامج ومعلمات معدات اللحام بالليزر وفقًا لمتطلبات تصميم منتجك، مثل مسار اللحام والسرعة والطاقة وما إلى ذلك، ونستخدم أيضًا ليزرًا متخصصًا منخفض الطاقة لمحاكاة مسار الليزر لضمان ضبط المعلمات بشكل صحيح.
4. قبل بدء اللحام، نُحدد بدقة نقطة بداية اللحام أسفل بؤرة الليزر مباشرةً، ونضبط المسافة بين رأس الليزر وقطعة العمل بحيث تكون البؤرة في الوضع الأمثل. هذا يضمن اختراقًا وعرضًا مناسبين للحام.

اللحام

بعد إكمال الاستعدادات المذكورة أعلاه، سيبدأ مشغلونا تشغيل معدات اللحام بالليزر ومراقبة العملية بأكملها، وإجراء التعديلات المناسبة على الفور إذا تم اكتشاف أي خلل.

أثناء عملية اللحام، يمكن للمسبح المنصهر الناتج عن المادة أن يتفاعل كيميائيًا بسهولة مع المكونات الموجودة في الهواء، لذلك نستخدم بشكل مستمر ومستقر غازات الحماية الخاملة (مثل الأرجون أو الهيليوم) لحماية منطقة اللحام، ومنع الأكسدة أو النترتة وتجنب هشاشة اللحام أو مساميته.

أعمال المتابعة

بعد انتهاء عملية اللحام بالليزر المذكورة أعلاه، سيستمر إمداد غاز الحماية لبضع ثوانٍ لحماية اللحام الذي لم يتصلب بعد حتى يتصلب تمامًا. بعد أن تبرد قطعة العمل، سنجري فحصًا شاملًا للجودة لضمان تلبية المنتج لمتطلباتكم بالكامل.

أنواع اللحام بالليزر

اعتمادًا على كثافة طاقة الليزر وعمق اللحام، يتم تقسيم اللحام بالليزر عمومًا إلى نوعين: اللحام بالتوصيل الحراري واللحام بالاختراق العميق.

Conduction welding

يُعدّ اللحام بالتوصيل الحراري من أكثر طرق اللحام بالليزر شيوعًا. يستخدم هذا النوع ليزرًا منخفض الطاقة لتسليط إشعاعات على سطح المادة، مما يُولّد حرارةً تُذيب المعدن السطحي فقط، مُشكّلةً بذلك حوض لحام مستقرًا يحقق عمق اختراق ضحلًا (عادةً ما يتراوح بين 1 و2 مم). بفضل انخفاض الحرارة، يكون سطح اللحام أملسًا وجميلًا، وعادةً لا يتطلب صنفرةً لاحقًا.

تعتبر عملية اللحام بالتوصيل الحراري مناسبة للمواد ذات نقاط الانصهار المنخفضة والسمك الرقيق، وغالبًا ما تستخدم للمنتجات ذات المتطلبات العالية للدقة والمظهر، مثل أغطية المشتت الحراري.

Keyhole(Deep Penetration) welding

لحام الاختراق العميق، المعروف أيضًا باسم لحام ثقب المفتاح، هو طريقة لحام ليزر عالية الطاقة. في هذا الوضع، تكون طاقة الليزر مركزة للغاية، ويمكنها إذابة المعدن أو حتى تبخيره في وقت قصير جدًا. يُحدث الضغط الناتج عن التبخير ثقبًا رفيعًا في المعدن المنصهر، يخترق الليزر من خلاله المادة بعمق، مُحدثًا لحامات عميقة وضيقة وعالية القوة.

يتميز اللحام بالاختراق العميق بسرعة لحام عالية وعمق اختراق كبير، مما يجعله مناسبًا للمواد المعدنية ذات السماكة الكبيرة ومتطلبات القوة العالية، ويُستخدم بشكل شائع في تصنيع السيارات والفضاء وغيرها من الصناعات التي تتطلب لحام الصفائح المتوسطة والسميكة، مثل أجزاء هيكل السيارة.

Types of lasers used for welding

يمكن تقسيم الليزر المستخدم في اللحام إلى عدة فئات وفقًا للوسط النشط الذي ينتج الليزر:

مزايا وعيوب اللحام بالليزر

المزايا

ينطبق على العديد من المواد

هناك أنواع عديدة من المواد التي يمكن لحامها بالليزر، بما في ذلك المعادن واللافلزات. علاوة على ذلك، يُمكن لحام الليزر بسهولة ربط المعادن المختلفة، وهو أمر يصعب تحقيقه باستخدام لحام TIG أو MIG.

معدن

الفولاذ، الفولاذ الكربوني، سبائك الفولاذ، الفولاذ المقاوم للصدأ، التيتانيوم وسبائك التيتانيوم، سبائك الألومنيوم، النحاس وسبائك النحاس.

غير معدني

الزجاج والسيراميك والبلاستيك الحراري: PC، ABS، PA، PP، PE.

كفاءة لحام عالية

بفضل تركيز طاقة الليزر، تكون عملية اللحام سريعة جدًا، أسرع بخمس مرات أو أكثر من طرق اللحام التقليدية. لذا، يُسهم استخدام اللحام بالليزر في تقصير دورة الإنتاج وتحسين كفاءته.

منطقة صغيرة متأثرة بالحرارة

كثافة طاقة شعاع الليزر عالية، إذ يُذيب فقط مساحة المادة المراد لحامها، بينما تتأثر المادة المحيطة به بالحرارة بشكل طفيف. لذلك، لا يُسبب تشوهًا يؤثر على جودة المنتج، مما يجعله مناسبًا جدًا للحام الأجزاء الدقيقة والرفيعة جدًا.

نسبة عالية من العمق إلى العرض

إذا تم استخدام وضع الاختراق العميق، يمكن لحام الليزر أن يلحم المواد متوسطة السُمك في مرور واحد، مما يؤدي إلى تشكيل طبقات لحام عميقة وضيقة وعالية القوة بكفاءة.

العيوب

متطلبات معالجة مسبقة عالية

1. قبل اللحام بالليزر، يجب تنظيف السطح جيدًا. أي بقايا عليه قد تُسبب فقاعات وشقوقًا في اللحام.
2. تتطلب الأسطح المعدنية المصقولة معالجة سطحية، مثل النفخ الرملي أو الطحن أو الأكسدة. قد يؤدي عدم إجراء هذه المعالجة إلى انعكاسية عالية جدًا، مما يؤثر على جودة اللحام وأدائه.

قدرة محدودة على التعامل مع الأجزاء الكبيرة

يمكن أن يكون اللحام بالليزر فعالاً للغاية للمواد الرقيقة إلى المتوسطة السُمك، ولكن من الصعب تحقيق النتائج المرجوة للمواد الأكثر سمكًا أو الأكبر حجمًا.

تكلفة استثمارية أولية عالية

Laser welding equipment is expensive and requires a high level of operator skill, so it is more suitable for mass-produced welding products. However, at HDC Manufacturing, we can provide professional and high-precision laser welding technology.

تطبيق اللحام بالليزر

صناعة السيارات

تُعدّ صناعة السيارات المجال الأكثر نضجًا وانتشارًا في مجال اللحام بالليزر. يُستخدم اللحام بالليزر لربط مكونات هيكل السيارة، مثل السقف والألواح الجانبية والأبواب، مما يُقلل الوزن ويُحسّن أيضًا من قوة ومتانة هيكل السيارة. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم تقنية اللحام بالليزر أيضًا في أجزاء البطاريات والمحركات في مركبات الطاقة الجديدة، مثل لحام الأقطاب الموجبة والسالبة لخلايا البطارية، ولحام قضبان التوصيل، ولحام غلاف البطارية.

الأجهزة الطبية

تتميز طبقات اللحام الناتجة عن اللحام بالليزر بالنظافة والنعومة، مما يجعلها مناسبة تمامًا للأجهزة الطبية التي تتطلب نظافة ودقة عاليتين. تشمل التطبيقات الشائعة لحامات أجهزة تنظيم ضربات القلب، ولحام غرسات المفاصل، ولحام الأدوات الجراحية الدقيقة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

تصنيع الصفائح المعدنية

يُنتج اللحام بالليزر طبقات لحام ناعمة ذات إحكام جيد ومظهر جذاب، مما يجعله من أكثر عمليات اللحام شيوعًا في تصنيع الصفائح المعدنية. وتُصنع العديد من الصناديق والخزائن باستخدام اللحام بالليزر، مثل صناديق التوزيع، وخزائن التحكم الكهربائية، وأغطية الأجهزة المنزلية، وخزائن المطبخ المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

الالكترونيات

يتميز اللحام بالليزر بصغر منطقة التأثر بالحرارة ودقته العالية، مما يسمح بتركيز طاقة الليزر بدقة على منطقة لحام صغيرة. هذا يمنع بفعالية الحرارة الناتجة عن اللحام من إتلاف المكونات المحيطة، مما يجعله يُستخدم على نطاق واسع في المنتجات الإلكترونية الحساسة والمصممة بدقة، مثل الهياكل الوسطى للهواتف المحمولة، وعزل وتوصيل علب أجهزة الاستشعار، واللحام الدقيق للمكونات الداخلية في أجهزة الكمبيوتر المحمولة.

مقارنة مع اللحام التقليدي

اللحام بالليزر مقابل اللحام MIG

يتميز لحام الليزر باستهلاك حرارة منخفض للغاية، مما يسمح بدقة اللحام مع أدنى حد من التشوه وتشطيب جمالي. على النقيض من ذلك، يتضمن لحام MIG أسلاكًا تعمل كقطب كهربائي ومعدن حشو، مما يتطلب تنشيطًا وصهرًا مستمرين. لذلك، يكون إجمالي الاستهلاك الحراري مرتفعًا نسبيًا، مما قد يتسبب بسهولة في تشوه قطعة العمل، كما أن نعومة ومظهر اللحام ليسا بجودة لحام الليزر. مع ذلك، يوفر لحام MIG مرونة أكبر في العملية، وهو مناسب بشكل خاص للحام المواد السميكة.

اللحام بالليزر مقابل اللحام بالقوس

تتميز معدات لحام القوس الكهربائي (ARC) بالبساطة وخفة الوزن، ويمكن استخدامها فور تشغيلها، مما يجعلها مناسبة جدًا للأعمال الخارجية. مع ذلك، يتطلب لحام القوس الكهربائي مهارات فنية عالية من المشغلين، لذا قد تختلف جودة اللحام ونتائجه. من ناحية أخرى، يتميز لحام الليزر بدرجة عالية من الأتمتة ودقة التحكم، مما يوفر مزايا أكبر في جودة اللحام وكفاءته مقارنةً بلحام القوس الكهربائي.

اللحام بالليزر مقابل اللحام بتقنية TIG

يستخدم لحام TIG قضيب تنغستن ذي درجة انصهار عالية جدًا وخالٍ من المواد الاستهلاكية كقطب كهربائي، ويُملأ خط اللحام بسلك حشو منفصل. ينتج عن ذلك لحامات نظيفة وجميلة وعالية الجودة. مع ذلك، فإن سرعة اللحام بطيئة جدًا ومهارة اللحام عالية جدًا، مما يجعله أقل كفاءة وفعالية من حيث التكلفة من لحام الليزر. مع ذلك، يُعد لحام TIG عملية أكثر نضجًا وموثوقيةً في حالة صفائح المعادن الرقيقة التي يصعب لحامها أو عند وصل معادن مختلفة.

خاتمة

If your products have high requirements for precision and aesthetics, and need to be mass-produced, whether it’s welding small deformations in thin materials or deep penetration welding of medium and thick plates, laser welding is an ideal choice. Laser welding is a standard processing technique at HDC Manufacturing, and we can provide you with experienced technical support and highly cost-effective custom services. Welcome to contact us, and we will promptly offer you customized sheet metal processing services, including laser welding.