جوشکاری لیزری دو پرتویی

جوشکاری لیزری دو پرتویی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

جوشکاری لیزری دو پرتویی

چکیده

در سالهای اخیر، نوعی از جوشکاری که از دو اشعه لیزر یا جوشکاری لیزری دو پرتویی استفاده می‌کند بعنوان  یک تکنیک جدید در زمینه جوشکاری در حال ظهور می‌باشد. مطالعات گذشته نشان داد که استفاده از فرآیند لیزری دو پرتویی می‌تواند باعث وقفه در ایجاد برآمدگی در سرعتهای بالاتر گشته و همچنین میزان سرد شدگی را نیز کاهش دهد. در این بررسی، تحقیقاتی با  جزئیات خاص آن  در مورد مشخص نمودن کمیت و مزیت فرآیند لیزری دو پرتویی و یافتن مکانیسمی‌برای بهبود کیفیت جوشکاری انجام شد. اشعه لیزر – Kw Co₂ 6 به دو اشعه قدرتی مساوی تبدیل شده و پرتوهایی دوتایی در طول جوشکاری پشت سر هم قرار گرفتند. نتایج آزمایشات حاکی از آن است که لیزر دوپرتویی می‌تواند به طور مشخصی کیفیت جوشکاری را بهتر سازد. کیفیت سطح در فولاد  با رفع  موانع و نقصهای سطحی نظیر حفره‌های سطحی، زبری سطح و لکه بهتر گردید. همچنین سختی جوشکاری و ترک خوردگی خط محوری نیز کاهش یافت. در آلومینیوم، ارتقای کیفیت بصورت سطوح صاف و هموار جوشکاری و نقصهای کمتر در آن، چون حفره‌‌های‌ سطح و ترک و شکاف، بروز یافت. با استفاده از یک دوربین سرعت بالا که در فراز قطعه کاری در زمان جوشکاری قرار گرفت، اندازه و ارتفاع ستون دود جوشکاری مشخص شد که به طور چشمگیری نشان دهنده تغییر شدید آنها در جوشکاری لیزر تک پرتویی متعارف می‌باشد. همچنین میانگین نوسانات فرکانس برای فولاد به KHz 2/1 رسید. زمانیکه نوسانات این ستون دود مرتبط با بی ثباتی و ناپایداری سوراخ‌کلیدی باشد، ستون بخار ناپایدار، فرآیند ناپایداری را نشان داده و معرف آن است که جوشکاری مناسبی ارائه نشده‌است. مشخص گردیده است که ستون بخار در جوشکاری لیزری دو پرتویی در محدوده فرکانس مشخصی نوسان می‌یابد، اما اندازه ستون دود تنها در طول جوشکاری به میزان اندکی تغییر می‌کند. با پایدار نمودن این فرآیند، به بهترسازی کیفیت جوشکاری در جوشکاری لیزری دوپرتویی کمک می‌شود.

کلمات کلیدی: جوشکاری لیزری، شکافتگی پرتو، دو پرتویی، کیفیت جوش، نقص، فولاد، آلومینیوم، ستون بخار، نوسان، ناپایداری سوراخ کلیدی

جوشکاری لیزری دو پرتویی

مقدمه

جوشکاری لیزری، بطور گسترده ای در صنایع اتومبیل سازی، هوا- فضا، الکترونیک و تولیدات سنگین به کار می‌رود. در صنایع ماشین سازی، از لیزرهایی با قدرت بالا برای جوش دادن قطعاتی مانند جعبه دنده ها، منبع اگزوز، مبدلهای کاتالیزوری، سیستمهای تخلیه استـفاده می‌شود. گــزارش شده است که در سال ۲۰۰۰ حـدود ۷۰ میـلیـون قطعات جوشکاری شده مناسب تولید شده است و این میزان تا سال ۲۰۰۱ به ۹۵ میلیون می‌رسد. با این حال موانعی چون حفره‌‌های‌ سطحی، مهره‌‌های‌ ناصاف، شکاف سخت و بادکردگی اغلب در جوشکاری‌های لیزری دیده می‌شود. مصرف کنندگان لیزری صنایع همیشه بدنبال روشهای اقتصادی هستند که کیفیت جوشکاری را بهبود بخشد و نیازهای مناسبی را برای قطعات مهیا سازد. یک روش جوشکاری که از دو منبع پرتویی در انرژی تشکیل شده است ( هم اشعه‌‌های‌ الکتریکی و هم پرتوهای لیزری ) بوده که در اصطلاح جوشکاری دوپرتویی نامیده می‌شود و در سالهای اخیر مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. مطالعات آزمایشی ابتدایی نشان داد که فرآیند دوپرتویی، نسبت به فرآیند تک پرتویی دارای چندین مزیت می‌باشد. جوشکاری ابتدایی با اشعه الکترونیکی توسط Arata انجام شد که پرتوهای الکترونیکی دوتایی را در طول جوشکاری به کار برد و نشان داد که یک پـرتوی خـزنده ای ( کـششی ) که روی استـخر مـذاب تاثیر می‌گذارد می‌تواند سرعت جـوشکاری را تا%۵۰ افزایش دهد. در فرآیند لیزری دوپرتویی، پرتوهای دوتایی می‌توانند در کنار یکدیگر یا پشت سر هم قرار بگیرند.

جوشکاری لیزری دو پرتویی

آزمایشات 

در این مطالعه، یک سیستم لیزر Co₂ دوپرتویی،۶-kW،  با یک فضای بین پرتوی کم، مورد بررسی قرار گرفت. آیینه تختی که در جلوی آیینه متمرکز کننده قرار داشت با یک آیینه سه گوش  تعویض شده تا بدینوسیله  پرتو لیزری ساطع شده را  به دو اشعه موازی و پرقدرت مساوی، تقسیم کند، همانگونه که در شکل ۳ مشاهده می‌شود. توزیع دانسیته نیروی اشعه‌‌های‌ لیزری منشعب شده، توسط آنالیز کننده پرتوی اولیه مورد بررسی و سنجش قرار گرفت، شکل ۴٫ ابعاد پرتوهای لیزر، فضای بین پرتویی و دانسیته نیرو را  می‌توان بر این اساس  از نتایج این آزمایش به دست آورد. قطر پرتوهای لیزری دوگانه و فضای بین پرتویی ۴/۰ و ۲/۱ میلیمتر بترتیب در فاصله کانونی ۲۰۰میلیمتر تشخیص داده شد. فضای بین پرتویی، توسط آیینه سه‌گوش و فاصله کانونی تعیین گردید. در این مطالعه، یک فضای بین پرتویی ثابت، برای تمام آزمایشات جوشکاری بکار گرفته شده است و  حالت نصب جاری (قدرت لیزر ۶-kW و فضای ۱٫۲mm) می‌بایست بوجود‌آورنده یک سوراخ‌کلید مشترک  در غالب موارد جوشکاریی باشد که بعنوان مکانیسم نوع ۳ در شکل ۲ تعریف شده است. جوشکاری لیزری تک پرتویی متعارف نیز بخوبی با استفاده از لیزر – Kw 6 Co₂ مورد استفاده قرار گرفت.

جوشکاری لیزری دو پرتویی

نتایج و بحث

جوشهای لیزری

جوشهای اتصال لب به لب تمام نفوذی از فولاد ۱۰۴۵ که بوسیله پرتوهای لیزر تک و دوگانه بوجود آمدند در شکل ۶ مشاهده می‌گردد. این جوش که توسط فرآیند دوپرتویی بوجود آمده  به صورت صاف و هموار بوده، در صورتی  که جوش مربوط به لیزر تک پرتویی ناصاف و نامنظم می‌بود. جوشکاری مهره _ روی _ صفحه برای صفحات فولادی ۱۰۴۵ دارای سرعت از ۲۵/۱ تا m/min 62/7 بوده  و قدرت لیزر همانگونه که در شکل ۷ مشاهده می‌شود بصورت ثابت به میزان Kw 0/6 حفظ گردید. در بین جوشهای لیزری تک پرتویی، ظاهر مهره‌های کم عمق تولید شده در سرعت‌های بالا قابل قبول بود،  اما جوشهای عمیق که در سرعتهای پایین به وجود آمدند دارای نقصهای سطحی بوده و جوشها نامنظم و ناصاف بودند. با این وجود، جوشهای لیزری دوپرتویی همیشه صاف و هموار بوده و هیچگونه نقصی برای جوشهایی که با پارامترهای جوشکاری مشابه بوجود آمدند  مشاهده نگردید. این امر موکد این موضوع می‌باشد که جوشکاری لیزری دوپرتویی فرآیندی ثابتی و پایداری بوده و جوشهای مناسبی در محدوده پارامترهای مورد بررسی بدست آمده است.

ترک‌خوردگی و سختی خط مرکزی

ترک‌خوردگی خط مرکزی در هر دو جوشهای لیزری دوپرتویی وتک پرتویی صفحات فولاد ۱۰۴۵ طبق شکل ۱۰  دیده می‌شود. یک ترک‌خوردگی عادی خطمرکزی درجوشهای فولاد ۱۰۴۵ نیز در شکل۱۱ نشان داده شده است. از آنجائیکه فولاد ۱۰۴۵ فولادی با کربن متوسط ‌می‌باشد، مقدار کربن ۴۵/۰ درصد، این ماده در برابر ترک‌خوردگی انجماد در جوشکاری حساس می‌باشد. 

نوسان ستونهای بخار

آزمایشات مربوطه که کیفیت جوشکاری را نشان می‌دهند می‌توانند با استفاده از تکنولوژی جوشکاری لیزری دوپرتویی به میزان قابل توجهی بهبود یابند. فهمیدن چگونگی تعامل پرتوهای دوگانه با مواد و اینکه چرا کیفیت جوش در جوشکاری لیزری دوپرتویی بهتر می‌شود جالب و قابل توجه می‌باشد. تعامل متقابل لیزر / مواد در جوشکاری لیزری دوپرتویی با یک فضای کوچک بوسیله بررسی در مورد رفتار دینامیکی ستونهای بخار با استفاده از یک دوربین سرعت بالا مورد مطالعه قرار گرفت، شکل ۵٫

این موضوع مشخص گردید که ستون بخار در زیر دوربین سرعت بالا در جوشکاری لیزری تک پرتویی فولاد دارای نوسان بالایی می‌باشد. چرخه‌های معمولی نوسانات ستون بخار در شکل ۱۴ نشان داده شده است. ستون تا حداکثر بلندی رشد نموده و سپس با در نظر داشتن زمان کاهش می‌یابد. هنگامیکه ستون بقدر کافی کوچک باشد، دوباره رشد نموه تا چرخه نوسانی دیگری تشکیل شود. ستون بخار تدریجا بصورت کامل ناپدید می‌شود. همانطور که در شکل ۱۴  ms 10/1t =  مشاهده می‌شود. در آزمایش جوشکاری لیزری تک پرتویی فولاد، ستون در محدوده ۹/۰ تا KHz 5/1 در نوسان بوده و میانگین فرکانس نوسان KHz2/1 در سرعت حرکت m/min25/0 بود. به عبارت دیگر زمان چرخه‌ هر نوسان ستونی در محدوده ۶۶/۰ تا ms 1/1 بوده و میانگین زمان در جوشکاری لیزری فولاد ms 83/0 بود.

جوشکاری لیزری دو پرتویی

نتیجه گیری

یک پرتو لیزری – Kw Co₂ 6، با فضای کوچک و استفاده از آینه گوه‌ای،  به دو پرتوی لیزری با قدرت متساوی تقسیم شده و سپس پرتوهای لیزری تقسیم شده یا پرتوهای دوگانه برای جوش دادن صفحات آلومینیوم و فولاد بکار گرفته شد. نتایج جوشکاری مورد بررسی قرارگرفته است و فرآیند لیزری دوپرتویی با استفاده از دوربین سرعت بالایی برای درک بهتر تاثیر اشعه‌‌های‌ لیزری دوگانه در کیفیت جوشکاری بکار برده شد که بر این اساس نتایج زیر بدست آمد:

۱- کیفیت سطحی جوش به میزان قابل توجهی هم برای آلومینیوم و هم برای فولاد با استفاده از تکنیک جوشکاری لیزری دوپرتویی بهبود یافت. پاشیدگی یا قطره جوش، سختی جوش و ترک‌خوردگی خط مرکزی به میزان متناسبی در جوشهای فولاد کاهش یافت. تخلخل، مهره‌های نامنظم و پاشیدگی در جوشهای آلومینیوم به میزان موثری کاهش یافت. با استفاده از تکنیک دوپرتویی، امکان استفاده از لیزرهای Co₂ برای دستیابی به جوشهای آلومینیوم قابل قبول وجود دارد.

۲- با استفاده از دوربین سرعت بالا، مشخص گردید که ستونهای بخار بر فراز  قطعه کاری بصورت ناپایدار بوده و ارتفاع و حجم ستونها در جوشکاری لیزری تک پرتویی فولاد بطور چشمگیری نوسان یا تغییر می‌یابد. میانگین فرکانس نوسانی KHz 2/1 بود. ستونهای ناپایدار ممکن است باعث بروز نقصهایی نظیر حفره‌‌های‌ سطحی، مهره‌های نامنظم و پاشیدگی جوش شوند.

۳- مشخص گردید که نوسانات ستون بخار  در جوشکاری لیزری دوپرتویی فرو نشانده می‌شود. اما با این حال، نوسانات هنوز دیده می‌شدند، ولی  ارتفاع و حجم ستونهای مربوطه به میزان اندکی متفاوت می‌بود. ستون بخار تثبیت شده موکد این نکته است که  اشعه‌های لیزری  دوپرتویی قادرند سوراخ‌کلید طویل شده را  باز نگه‌ دارند. افزایش ثبات در این فرآیند منجر به بهبود کیفیت جوشکاری می‌شود.

۴- در آزمایش جاری که بر اساس دو اشعه لیزر موازی با یک فضای بین پرتوی کوچک می‌باشد، یک سوراخ کلید مشترک در استخر جوش، در اغلب شرایط جوشکاری، بوجود آمد. مکانیسم جوشکاری ممکن است به دو سوراخ کلید در یک استخر جوش تغییر یابد که همراه با افزایش در فضای بین پرتویی و سرعت جوشکاری یا کاهش در قدرت لیزر می‌باشد.