فرادرسلیزر در مهندسی مکانیک — مقدمات و کاربردها
از لیزر در بسیاری از کاربردهای صنعتی مانند «عملیات حرارتی» (heat treatment) استفاده می‌شود. گرم کردن و سرد کردن یک ماده را تحت شرایط کنترل‌شده به منظور به دست آوردن خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب، عملیات حرارتی می‌نامند. انواع این روش‌ها در ادامه آمده است.
آلیاژسازی سطحی با لیزر (Laser Surface Alloying)
انواع مختلفی از فرایند عملیات حرارتی با استفاده از لیزر در تصویر نشان داده شده است. در فرایند «بازپخت کامل» (Annealing) هیچ بخشی تحت تاثیر گرما قرار نمیگیرد. در این روش ذوب شدن تنها در سطح و با ضخامتی در حد «پیکومتر» (picometr) رخ می‌دهد.
در «فرآیند سخت شدن» (hardening process)، ناحیه‌ای به شکل نیم‌کره تحت تاثیر گرما قرار می‌گیرد. در روش آلیاژسازی سطحی، یک پوشش از مواد آلیاژ یا روکش فلزی روی سطح ماده کشیده می‌شود.
ضخامت نازکی از سطح قطعه کار با استفاده از پرتو لیزر به صورت کنترل‌شده ذوب می‌شود. به این ضخامت در فواصل زمانی برابر، عناصر آلیاژی پودر شده اضافه می‌نمایند. به این عملیات آلیاژسازی سطحی با لیزر می‌گویند.
روکش‌کاری لیزری (Laser Cladding)
هنگامی که پرتو لیزر بر روی سطح قطعه کار می‌تابد، یک لایه بسیار نازک از آن ذوب می‌شود. این لایه نازک از فلز با آلیاژهای مخصوص روکش مخلوط می‌گردد. در نتیجه این فرایند بین پوشش و سطح کار پیوند محکمی پس از انجماد رخ می‌دهد.
مزایای روکش‌کاری لیزری
- تابش لیزر و عملیات حرارتی بسیار سریع رخ می‌دهد.
- در مقایسه با سایر روش‌های عملیات حرارتی، لیزرها قادر به انجام عملیات حرارتی در یک نقطه‌ی خاص‌اند. در چنین نقاط حساس و ریزی امکان استفاده از روش‌های دیگر وجود ندارد.
جوش‌کاری لیزری (Laser Welding)
جوش‌کاری، فرآیند اتصال دو یا چند قطعه فلزی و تبدیل به ترکیب واحد است.
جوش‌کاری دو صفحه فلزی را در نظر بگیرید. صفحات فلزی در لبه‌های خود در تماس با یک‌دیگر قرار می‌گیرند. پرتو لیزری مجاز به حرکت در طول خط تماس دو صفحه خواهد بود. پرتو لیزر لبه‌های دو صفحه را گرم می‌کند تا به نقطه ذوب خود برسند. به این ترتیب دو صفحه به هم می‌پیوندند.
مزایای جوش‌کاری لیزری
- از آنجایی که در این فرایند از ماده خارجی استفاده نمی‌شود، ناخالصی بین دو لبه وارد نمی‌شود.
- با توجه به سرعت بالای خنک شدن، منطقه تحت تاثیر حرارت، نسبتا کوچک است.
- جوش‌کاری لیزری را می‌توان بدون هیچ‌گونه پیچیدگی حتی در اتصالات کوچک انجام داد.
- این مدل جوش‌کاری معمولا با سرعت بسیار بالا انجام می‌شود.
- انواع مختلف فلزات را می‌توان با این مدل جوش‌کاری، جوش داد.
- قطعه کار در این روش آسیب نمی‌بیند. در نتیجه میزان دورریز بسیار کم است.
برش لیزری (Laser Cutting)
برش لیزری به معنای تبخیر مواد در یک نقطه با تمرکز پرتو لیزر است.
مراحل راه‌اندازی برش لیزری در شکل نشان داده شده است. واکنش گرمازا بین فلز و گاز، انرژی مورد نیاز برای برش را فراهم می‌کند. جت گاز باعث حذف مواد تبخیرشده می‌گردد. لبه‌های مجاور فلز برش نیز با کمک جت گاز خنک می‌شوند. جت گاز نیاز به توان مورد نیاز لیزر را کاهش می‌دهد. این روش همچنین عمق و سرعت برش را بالا می‌برد و برشی با کیفیت بالا آماده می‌شود.
مزایای برش لیزری
- برش لیزری در دما و فشار اتاق بدون پیش‌گرم شدن و شرایط خلاء انجام می‌شود.
- ریز ساختار لایه‌های اطراف تحت تاثیر قرار نمیگیرد، زیرا منطقه گرما دیده بسیار کوچک است.
- در این روش سرعت برش بسیار بالا است.
اگر از علاقه‌مندان به این‌گونه مطالب هستید، مطالعه‌ی مقالات زیر پیشنهاد می‌گردد.
- با فرایند جوش‌کاری احتراقی و پرتو لیزری آشنا شوید
- با جوش‌کاری پرتو الکترونی، اصطکاکی و نفوذی آشنا شوید
- ماشین‌کاری قوس پلاسما چیست و چه کاربردی دارد؟
- آنچه در مورد جوش قوس پلاسما باید بدانید
^^
