دانشکده فنی ومهندسی -دانشگاه آزاد اسالمی واحد اهواز

طراحی جامدات _رشته مهندسی مکانیک

Laser beam machining

:محترم استاد

داوودی غالمرضا

ایمان راکی

نژاد مجید راغ

مظفری

براده برداری با استفاده از اشعه لیزر

کند و یا با تمرکز یک اشعه برد یا ذوب می یک ماده را از بین می LBM)) تراشکاری به وسلیه لیزر

کند آن را به فرم مورد نظر در )تک طیف( روی یک قطعه, با گرمایی که ایجاد می منسجم از نوری تکفام

مواد را از بین نمی برد ) پاک نمی کند( بلکه به سرعت, با ( به طور گستردهLBMمی آورد. فرآیند )

کنترلی آسان, بدون تماس یا برخورد و با ابزاری که کار با آنها راحت است, شرایط حذف )از بین بردن(

سریع ماده را فراهم می آورد.

قل می رسد و ( نیاز به ثابت نگه داشتن قطعه به حداLBMبرای انجام عملیات برش به وسیله فرآیند )

( و عملیات Markingمیتوان عملیات مختلف مربوط به فلزات نظیر مته کاری, جوشکاری, عالمت گذاری )

( در یک عملیات خاص به فرستادن )شلیک( , تمرکز اشعه, باز تابش, LBMحرارتی را نیز انجام داد. تاثیر )

دارد. ضریب جذب, رسانش گرمایی, گرمای ویژه و دمای تبخیر قطعه بستگی

مهمترین کاربرد لیزر برش فلز است, خصوصا ایجاد پروفیل با دو محور در ورق ها که ممکن است در صورت

عدم استفاده از لیزر, پس از طراحی طاقت فرسا الگو به وسیله پرس منگنه و یا به هنگام انجام عملیات به

میلیمتر 5,9فلزهایی با ضخامت صورت دستی به طور ناگهانی خالی شود. در حال حاضر به طور عمده

(0.375 in و باریکتر برش داده می شوند, گرچه لیزرهای )CO2 هم اکنون با توانایی برش ورق با ضخامت

و بیش از آن, قابلیت رقابت با قوس پالسما را دارند. مولفه اساسی در استفاده از لیزر )in)5,9 میلیمتر 31

ش با لیزر برای فرآیندهای تولیدی انبوه با حجم کم یا متوسط و برای برش فلزات, روش تولید است. بر

(, Just-in-timeهمینطور تولیداتی که مواد اولیه آنها با فاصله زمانی کمی از آغاز فرآیند فراهم می شوند )

ایده آل می باشد. عملیات برش لیزر معموال در سیستم های اتوماسیون )خطوط تولید( مختص به یک نوع

به کار نمی روند بلکه عمدتا در خطوط تولید چند منظوره مورد استفاده قرار می گیرند.محصول

انواع لیزرها کاربردهای گوناگونی دارند و با توجه به این تفاوت ها میتوان برای یک کار خاص مناسبترین

Nd:YAGای گزینه را بکار برد. لیزرهای کربن دی اکسید توان متوسط بسیار زیادتری نسبت به لیزره

میتوانند با سرعت بیشتری برش دهند و نفوذ جوش بیشتری نسبت به CO2دارند. همینطور لیزرهای

قدرتمند, انرژی زیادی را فراهم می کنند که Nd:YAG داشته باشند. لیزرهای Nd:YAGلیزرهای

نمود را استفاده CO2امکان مته کاری و برش فلزات در گوشه ها و جاهای ضخیمی که نتوان از لیزرهای

ایجاد می کند. برخی کارها مانند خال جوش و ایجاد سوراخ را همه انواع لیزر در حد قابل قبول و با سرعت

و CO2هایی که قابلیت رقابت دارند می توانند انجام دهند. قابلیتها و محدوده های کارایی لیزرهای

Nd:YAG ( نمایش داده شده اند.3در جدول )

ه نحوی فزاینده در تولیدات خاص با حجم پایین و همینطور در مونتاژهای انبوه مورد استفاده جوش لیزر ب

گیرد. عملیات جوش لیزر عموما بیشتر از اینکه به کارهای برش مرتبط باشند به توسعه فرآیند قرار می

در جوش لیزر نسبت طوالنی ربط دارند. قطعات غالبا به نحوی طراحی شده اند که با لیزر جوش داده شوند.

که جوشهای لیزر به جوش قوسی, قطعات باید همخوانی و جورشدگی بیشتری با هم داشته باشند. در حالی

( نیازی ندارند, رفته رفته معلوم می شود که filler metalغالبا خود زا هستند یعنی به فلز پر کننده )

( به هنگام اتصال فلزات Bufferه عنوان حائل )افزودن فلز پر کننده به شکافهای جوش یا استفاده از آن ب

تاثیری بسیار مفید دارد.

تجهیزات

( CO2اصلی ترین لیزرهایی که در بیشتر کارها مورد استفاده قرار می گیرند, عبارتند از دی اکسید کربن )

پوشش ( و گارنیت )گرانیت( ایتریوم آلومینیوم باNeodymium-glass()Nd:glass, شیشه نئودیمیم )

(. بعضی از انواع این Nd:YAG) [Neodymium-doped yttrium aluminum garnit]نیودیمیم

لیزرها می توانند با تغییر میزان انرژی, تمرکز )اندازه خال( و طول پالس کارهای برش, جوش, عالمت

ون قرمز نیز در گذاری و عملیلت حرارتی را انجام دهند. لیزرهای دیگر با طول موج های خارج از طیف ماد

( در محدوده طیف Excimerپردازش مواد مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال, لیزرهای اکسایمر )

فرابنفش انرژی تولید می کنند و به طور موفقیت آمیزی در تراشکاری میکرو )ریز( قطعات باریک فلز و

اند. همین طور عالمت گذاری روی فلزات مورد استفاده قرار گرفته

>3000 w 1500-3000w 800-1500w 500-800w 300-500w 200-300w

35

(5,.9) 4.6

(5..0)

2..

(5.1.0)

..5

(5.50)

1.2

(5.50)

5..0

(5.52) mm(in) خال جوشها ، حداکثر

نفوذ

09,5<

(3,55<) 1..5

(5..0)

1...

(5.05)

..0

(5.2.0)

5.0

(5..5)

1.0

(5.54) mm(in) ضخامتبرش حداکثر

3,1

(5,95) 1.2

(5.05)

1.2

(5.05)

5..0

(5.52)

..... ..... mm(in) عمق انتقال گرما

آبکاری، روکاری ، لعاب کاری ..... ..... دارد دارد دارد دارد

بازپخت

بر اساس مقدار توان co2توانایی های لیزر های 1جدول

اساس مقدار توانبر Yd:Yagتوانایی های لیزر های .جدول

200-240w 150-200w 100w>

عالمت گذاری،لحیم کاری ،جوش دارد ..... .....

میکرو

0,5 (5,50) 1.2 (5.05) mm(in) خالجوش -حد اکثر نفوذ

ها

10 (3,9) 0.5 (5..) mm(in) برش -ماکسیمم ضخامت

10 (3,9) 0.5 (5..) mm(in)مته -ماکسیمم ضخامت

کاری

توانند یا در ( هستند و میµin 4.17میکرومتر ) 3,51دارای طول موجی برابر با Nd:YAG لیزرهای

( کار کنند اما هر دو حالت را نمی توانند باهم داشته باشند. بسامد cwیا به شکل متناوب ) حالت پالسی و

در لیزرهای پالس متغیر است. انرژی پالس 35555تا 3پالس به بیشینه میزان توان بستگی دارد و از

Nd:YAG ژول بر هر پالس متغیر است, گرچه می توان با استفاده از یک آمپلی فایر اوسیالتور 05تا 9از

(oscillator-amplifierدر تشدید کننده ) (Resonator به انرژی های پالس زیاد مانند )ژول بر 355

055تا 355جی متوسطی برابر با توان خروNd:YAG هر پالس دست یافت. بیشتر انواع صنعتی لیزرهای

وات نیز موجود هستند. 955وات دارند اما لیزرهای بزرگتر با توان متوسط خروجی

( دارند و قادر به تولید توان خروجی بسیار Min 41.6میکرومتر ) 35,1طول موجی برابر با CO2لیزرهای

در حالت موج CO2لیزر هستند. توان خروجی معمول یک Nd:YAGبیشتری نسبت به لیزرهای

وات می باشد. در عملیات های پالسی توان متوسط خروجی کاهش می 9555تا 095( , CWمتناوب )

وات 0555تا 355در حالت پالسی توان متوسط خروجی از CO2یابد. به هنگام برش فلزات با یک لیزر

تغییر می کند.

جریان محوری CO2لیزرهای ;ندلیزرهای کربن دی اکسید با دو طرح مختلف موجود هست

(Axiol_flow( و لیزرهای جریان متقاطع )Transverse_flowیا انتقال ) گاز. لیزرهایCO2

جریان محوری می توانند از گونه جریان سریع یا جریان کند باشند. لیزرهای جریان محوری

9555( طول لوله دست یابند و توان متوسطی تا 180w/ft) 600w/mسریع می توانند به

( طول لوله و کمتر 30w/ft) 100w/mجریان محوری کند به CO2وات داشته باشند. لیزر

با جریان محوری را CO2وات توان متوسط خروجی محدود است. بیشتر لیزرهای 3955از

طبقه بندی بسامد پالسها و یا در حالت پالسی مورد استفاده قرار دارد. CWمیتوان در حالت

پالس بر ثانیه می باشد. 35555تا 3از

بکار میروند, اگر چه در اینگونه لیزرها CWجریان متقاطع فقط در حالت CO2لیزرهای

جریان متقاطع زمانی بکار می روند که لیزرهای CO2میتوان اشعه را تنظیم نمود. لیزرهای

اال مورد نیاز باشند. دامنه تغییرات توان متوسط در اینگونه فشرده با توان متوسط و یا با توان ب

وات می باشد. 39555تا 0955لیزرها از

( را می توان در عملیاتهای 3( )شکلGas-assistedتراشکاری با اشعه لیزر همراه با گاز )

برش, جوش و همچنین عملیاتهای حرارتی بکار می رود. نوع گازی که بکار می رود بسته به

( یا هوا باشد. تجهیزات inert-gasجنس ماده و کیفیت مورد نظر میتواند اکسیژن, گاز خنثی )

گاز به نحوی طراحی می شوند که بر اساس نوع فعالیت, جریان گاز را به صورت ستونی یا

پراکنده ایجاد نمایند. در عملیات برش برای خارج کردن فلز مذاب از منطقه برش از یک

متحدالمرکز گاز استفاده می شود اما در عملیاتهای جوش جریان پراکنده گاز جریان ستونی و

بکار می رود.

ژول65پالس با انرژی :Inconel 718قطعه کار Nd:yagزمان مته کاری با یک لیزر .شکل

برای متمرکز کردن اشعه لیزر روی قطعه کار از یک عدسی استفاده می شود. عدسی هایی که

نی کوچکی دارند نقطه برخوردی کوچک با قدرت تراکم زیاد ایجاد می کنند اما فاصله کانو

عدسی هایی که فاصله کانونی بزرگی دارند همگرایی اشعه کمی ایجاد می کنند که برای نفوذ

در قطعات فلزی ضخیم, ضروری است. قطر اولیه اشعه در انتخاب لنز از اهمیت بسزایی

مق تمرکز می تواند با قطرهای مختلف اشعه تغییر کند.برخوردار است. قدرت تراکم و ع

مته کاری

( یا به شکل چرخشی Percussionمته کاری توسط لیزر یا به صورت ضربه ای )

(Terpanning ( انجام می شود. مته کاری ضربه ای برای ایجاد سوراخ هایی نسبتا کوچک )با

بکار می روند. میتوان 25mmمیلی متر( در قطعات فلزی با ضخامت های تا 3,1قطر کمتر از

( را با مته کاری ضربه ای ایجاد نمود اما 0.01 in) 0.25mmسوراخ هایی با قطر کمتر از

ا قطرهای بزرگ محدودیت دارد, لذا سوراخهای با قطر بیشتر از برای ایجاد سوراخ هایی ب

1mm (0.04 in.را معموال با روش چرخشی ایجاد می نمایند )

اجرا می گردد. این امر به دلیل انرژی Nd:YAGکاری ضربه ای غالبا با لیزرهای مته

بیشتری است که اینگونه لیزرها به ازای هر پالس دارند. لیزر در حالت پالسی کار می کند و به

ازای هر پالس حجم مشخصی از فلز را از جا بر می دارد. هر چه ضخامت فلز زیاد شود حدود

ه لیزر به کف سوراخ منتقل می گردد قطر سوراخ کاهش می یابد. مقدار انرژی که به وسیله اشع

به سمت جداره داخلی سوراخ انعکاس می یابد. فاکتورهای مهم اجرای مته کاری ضربه ای در

ادامه مورد بحث قرار گرفته اند.

توان

وات نیاز دارد. زمان مته کاری درحالت مصرف 095تا 355مته کاری ضربه ای به توان متوسطی کمتر از

( نمایش داده شده است. طول پالس 0ی هر پالس برای سطوح توان مختلف در شکل )ژول به ازا 05

(Pulse lengthدر بهینه کردن کیفیت سوراخی ) که ایجاد می شود نقش مهمی دارد. طولهای کوتاهتر

پالس می توانند حداکثر انرژی قابل دستیابی در یک پالس بخصوص را محدود کنند. طولهای پالس برای

هستند. 20msتا 0.5msمته کاری معموال بین

که برای مته فرکانس)بسامد( پالس براساس خروجی بهینه و نیازهای کیفی مشخص میشود. فرکانس پالسی

هرتز می 355تا CO2هرتز و در لیزر 05تا 9بین Nd:YAGکاری ضربه ای استفاده میشود در لیزرهای

باشد.

انرژی پالس مورد نیاز اصوال براساس ضخامت و ترکیب ماده و قطر سوراخ تعیین می شود. با انرژی پالس

ا می تواند به کیفیت سوراخی که ایجاد می بیشتر می توان به سرعت زیاد تری در مته کاری دست یافت ام

شود آسیب برساند.

لنز فوکوس )تمرکز( اندازه خال را تعیین میکند و به قطر سوراخی که ایجاد میشود بستگی دارد. در فلزهای

( قطر خال با قطر سوراخ برابر است. هر چه ضخامت افزایش یابد محدوده 6mmنازک )ضخامت کمتر از

ه میتوان به روش مته کاری ضربه ای ایجاد نمود کوچکتر می شود. برای فلزهای ضخیمتر قطر سوراخهایی ک

تا 355و سوراخهای بزرگتر باید از لنزهایی با فاصله کانونی بزرگتر استفاده نمود. فاصله کانونی معموال بین

( هستند.to 10 in 4.0میلیمتر ) 095

پایین, یا روی سطح قطعه کار باشد که این امر به هدف از ( می تواند باال, Focal positionمحل کانون )

درصد ضخامت فلز قرار داده میشود. 39تا 9انجام کار بستگی دارد. محل کانون غالبا زیر سطح و در عمق

بهترین فوکوس برای یک هدف مشخص معموال به صورت تجربی پس از ارزیابی کیفیت سوراخ ایجاد شده

راخ بر اساس گردی،مخروطی شدن ،قالب و ترکهای بسیار ریز ارزیابی می شود.تعیین می شود کیفیت سو

(Ges Jetsجت های گاز)

مته گذاری ضربه ای می تواند با جت گاز یا بدون ان صورت پذیرد.اگر از جت گاز استفاده نشود باید یک

بسیاری از فلزات می توان روش حفاظت لنز جایگزین بکار برد. ار اکسیژن برای تولید یک واکنش گرمازا با

استفاده نمود.مته کاری ضربه ای گرما زا حذف فلز را به شکل بهتر میسر می سازد. در مته کاری ضربه ای از

هوا یا گاز خنثی هم می توان استفاده نمود قطر روزنه نازل هایی که برای مته کاری ضربه ای استفاده شوند

اری چرخشی که خود را ذاتا نوعی عملیات برش است( بزرگتر هستند از انهایی که برای برش )یا برای مته ک

میلیمتر هستند. 1تا 0,9.طرحهای نازلها متفاوتند،اما قطر معمول در اینجا عملیات مته کاری ضربه ای بین

(3,90.15to)05تا0در نازلها بین standoffطول

و همینطور لیزهای Co2 (را می توان هم استفاده از لیزهایtreponningمته کاری چرخشی)

Nd:YAG برد .مته کاری چرخشی به یک سوراخ هادی )راهنما(ایجاد شده به روش ضربه ای نیاز دارد که

باجابجایی قطعه کار یا فوکوس عدسی ها)معموال با میانیابی دایره ای دو یا چند محور حرکت(اجرا می

چه ضخامت فلز افزایش یابد سرعت فرآیند شود.محدود ضخامت فلزات مانند مته کاری ضربی است.البته هر

کم می شود.

یا پالسی انجام CWمته کاری چرخشی در اصل همان برش است و می توان آنرا با استفاده از لیزر در حالت

داد.در ادامه به مولفه های مهم اجرای مته کاری چرخشی اشاره شده است.

جی را به همراه داشته باشد توان متوسط و حداکثر هر مقدار توانی که مشخص می شود باید بیشترین خرو

میزانی که بتوان قطعه یا اشعه را بدون خطای تعیین شده انتقال داد.

طول پالس با توجه به نبازهای کیفی،ترکیب ماده،ضخامت ماده و نوع لیزر مشخص می گردد.با افزایش

کاربرد دارند به Nd:YAGوCO2ر لیزهایضخامت ماده طول پالسها نبز افزایش میابند.طولهای پالسی که د

هستند.MS0طور کلی کمتر از

(به مقدار کاری بستگی دارد که بتواند سوراخ را ایجاد کند.هر چه ضخامت Puls frequencyبسامد پالس )

فلز افزایش یابد بسامدهای پالس کوچکتری مورد استفاده قرار گیرند.فاصله کانونی لنز با توجه به ضخامت

خص می گردد. برای سوراخ کردن مواد ضخیم تر یا زمانی که تراکم به مقداری کمتر از حد مورد ماده مش

نیاز برای غلبه بر باز تابش سطح برسد از لنزهای با فاصله کانونی بزرگتر استفاده می شود. فاصله های کانونی

به فاصله CO2لیزرهای عدسی شبیه به همان هایی است که در مته کاری ضربه ای به کار می روند. اما

میلی متر یا کوتاهتر برای مته کاری چرخشی نیاز دارند. 309کانونی لنزی برابر با

جت گاز متحدآلمرکز برای تسهیل مته کاری چرخشی استفاده می شود بسته به نوع ماده،نوع گاز و فشار ان

که این کار کیفیت عملیات را افزایش تغییر می کند.گاز اکسیژن برای تقوییت واکنش گرمازا به کار می رود

می دهد.هنگامی که به دنبال یک الیه ازاد اکسیدی باسیم ازگاز خنثی استفاده می کنیم.هوا نیز در صورتی

که میتواند سوراخی با کیفیت قابل قبول ایجاد کند بکار برده می شوند. فشار گاز در اصل کیفیت سوراخهای

کیلو پاسکال متغییر است.فشار های گاز خنثی و هوا نیز 195ر اکسیژن تا را تحت تاثیر قرار میدهد. فشا

(هستند نازلها برای انقباض و هدایت جریان گاز بکار می psi to 90 psi15کیلو پاسکال ) 105تا 055بین

متر میلی 0,9تا 9.,5روند.طرح های نازلها متفاوت است اما نظر نازلهای رایج در مته کاری چرخشی بین

(5,355 to 5,515( می باشند فاصله میان راس تا نازل )standoff بر اساس نوع لیزر،طرح نازل و مقادیر)

میلی Nd:YAG9در لیزرهای standoffمتغیر است ) mm39(in5,15 to5جریال گاز از صفر تا

( می باشد.IN5,05تر)

وات توان 1.05با co2سرعت های برش یک لیزر 2شکل

برش

برای برش قطعات CO2یا پالس انجام داد.لیزرهای CWعملیات برش را می توان با استفاده از لیزر در حالت

با Nd:YAGو برای قطعات فلزی باریک تر در حالت پالس بکار می روند.لیزرهای CWفلزی ضخیم در حالت

چنین برای برش قطعات سخت توان باال برای برش آلیاژهای پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند.لیزرهای هم

میسر نباشد بکار می روند به عنوان EDMبارسانش الکترسیته کم که برش آنها با تراشکارای تخلیه برقی

با استفاده از لیزر برش داده شده است.EDMمثال مکعب جامد نیتریدبور به جای

بخاطر سرعت زیاد انها CO2حاصل می گردد. معموال از لیزرهای CO2و Nd:YAGبرش لیزر با لیزرهای

نمایش داده شده 1وات در شکل CO23095در برش استفاده می گردد.سرعت های برش معمول برای لیزر

اند.

مولفه های موثر بر عملکرد لیزر انجام عملیات برش در ادامه تشریح شده اند.

وات می باشد. در حالت 9555تا 095در انجام برش معموال بین CWدر حالت CO2توان متوسط یک لیزر

پالس به دلیل توانهای اوج لحظه ای بیشتر،می توان کمتری فلزات را برش داد. دامنه توان برش فلز برای

وات می باشد. در حالیکه انجام برش با لیزرهای 0555تا 355در حالت پالس کمتر CO2لیزرهای

Nd:YAGوات میسر است. 055تا 355وان کمتر از با مقادیر ت

(برای IN5,.9طول پالس برای افزایش کیفیت سطح برش در نظر گرفته شده است طولهای پالس کوتاهتر )

برشهای پیچیده فلزات نازک استفاده می شوند. طولهای پالس کوتاهتر ممکن است حداکثر انرژی قابل

( انرژی های پالس بیشتری فراهم می کنند که MM0بلندتر )دستیابی در هر پالس را محدود کنند.طولهای

طولهای مشابه Nd:YAGوCO2اجازه می دهد فلزاتی با ضخامت بیشتر برش داده شوند.در لیزرهای

یکدیگرند.

بسامد پالس طوری تنظیم شده است که بیشترین سرعت برش را برای کیفیت مورد نظر در اختیار کاربر قرار

CO2ی بسامدهای بیشتری برای فلزات نازکتر بکار می روند. بیشترین بسامد ها در لیزرهای دهد. به طور کل

هرتز می باشند. فر 355تا 15بیشترین بسامد ها از Nd:YAGهرتز و در لیزرهای 955تا 055بین

کانسهای کمتر در برش قطعات ضخیم تر کاربرد دارند.

امت ماده بستگی دارد. هر چه ضخامت فلز افزایش یابد انرژی انرژی بالس مورد نیاز در عملیات برش به ضخ

عمال در طول پالسهای بلندتر و بسامدهای پالس کمتر ،حداکثر CO2پالس بیشتری الزم است .لیزرهای

با فرکانسپالس محدود به حداکثر ممقدار توان، Nd:YAGژول ازاد می کنند.لیزرهای 0انرژی پالس برابر با

ژول ازاد می کنند. 05زیادتری تا انرژی های بسیار

انتخاب لنز بر اساس ضخامت فلز،ترکیب ان و نیازهای کیفی و همچنین قطر اشعه صورت می گیرد

.شکانهای با عرض بیشتر با استفاده از لنزهایی که فاصله کانونی بزرگتری دارند حاصل می گردد و در برخی

ری بدست آید به شکافهای عریض تر نیاز است .راهنمایی های فلزات مانند آلومینیم برای اینکه نتایج بهت

که در ادامه می ایند.

یک قانون کلی وجود دارد مبنی بر اینکه CO2میلیمتر با استفاده از لیزرهای 1برای برش فلزات تا ضخامت

را می in9یلیمتر م 309بکار رود. یک لنز با فاصله کانونی in0,9می لی متر 19باید لنز با فاصله کانونی

(مورد استفاده قرار داده برای برش فلزات تا 5,10to5,0 (میلیمتر 39,0تا 9توان برای فلزاتی با ضخامت

( می باشد.فلزات to10 in1میلیمتر ) 095تا 395( دامنه فاصله کانونی از 1inمیلیمتر ) 09ضخامت

ضخیم تر حتی به فواصل کانونی بیشتری نبز نیاز دارند.

های گاز برای پاک کردن شکاف برش از فلز مذاب یک جریان ستونی متحدالمرکز ایجاد می کنند. بر جت

اساس نوع ماده و کیفیت مورد نیاز می تواند اکسیژن،گاز خنثی یا هوا باشد.

استفاده از اکسیژن در برش فوالد بسیار رایج است. وقتی که نیاز به یک الیه ازاد اکسیدی باشد، یک گاز

خنثی مانند هلیوم بکار می رود.

( می باشد در حالی که فشار گازهای نجیب psi 50 15toکیلوپاسکال ) 195تا 355فشار گاز اکسیژن بین

میلیمتر هستند فاصله 0,9تا 9.,5( است روزنه های نازل بین 90psi 30toکیلوپاسکال ) 105تا 055

در co2نازل بر اساس نوع لیزر ،طرح نازل و مقادیر جریان گاز در لیزرهای stand offمیان راس تاروزنه

نازل و Standoff)میلی متر می رسد ) 9تا Nd:YAG)میلمتر می باشد و در لیزرهای ) 3,9صفر تا

در صورتی که co2فشارگاز تا حد بسیار زیادی در کیفیت برش تعیین کننده هستند در استفاده از یک لیزر

بکار گرفته شود و می standoff)( با حداقل طول) psi 90کیلو پاسکال ) 105نجیب موازی با فشار گاز

stainlesتوان به یک برش تمیز )بون اکسید و کف فلز( در قطعات نازکی از جنس فوالد ضدرنگ )

steel.الومینیم یا تیتانیوم دست یافت،)

برش لیرز

رانسیته }تراکم{ انرژی زیادی که می توان با لیزر برای دست یافت یک حفره تبخیر کلیدی ایجاد می کند

که اجازه می دهد هسته های جوش با عمق نفوذ و نسبت سطح زیاد شکل بگیرند.لیزرها را همچنین می

انا با نسبت سطح کمتر می توان در محدودهای متداول تراکم قدرت بکار برد که حاصل ان جوشهای رس

باشد.

مولفه های فرایند جوش

و یا به صورت پالسی انجام را که انتخاب این حاالت بر اساس cwجوش های لیزر را می توان در حالت

و در Nd:YAGیاco2جنس و ضخامت ماده و فرم اتصال صورت می پذیرد. جوش را می توان با لیزرهای

نمایش داده شده 0نفوذ جوشها با توانهای متفاوت و مقادیر تغذیه در شکل یا پالس انجام داد. CWحالت

اند.فاکتورهای مهم عملیات جوش با لیزر امده اند

در رابطه مقدار نفوذ ج.ش و مقدار تغذیه ای که بدست می اید توان مولفه ای تعیین کننده است لیزرهای

CO2 نسبت به لیزرهایNd:YAG د می کنند، لذا می توانند به جوشهای با عمق توان متوسط بیشتری تولی

یا پالس به ترکیب فلز، نوع جوش و سرعت CWنفوذ بیشتر دست یابند.انجام عملیات جوش در حالت

فرایند بستگی دارد.

طول پالس برای رسیدن به دمای ذوب و کنترل سرعت سردسازی برگزیده شده است.

ی ها

ر ز لی

یرا

بش

جوذ

فون

CO

2

عنو

ز ا

CW

از co2می باشد طول پالس در لیزر های ms 355ا ت ms055بین nd:yagطول پالس در لیزرهای

می رسد.به منظور کاهش تنش انجماد ms 955شروع میشود و تا ms5,9مقادیری کمتر از

(solidification طولهای پالس بزرگتری در نظر گرفته شده اند تا سرعت سردسازی را در آلیاژ های )

( کم کنند.crack-sanitiveحساس به ترک )

( و سرعت سردسازی را در عملیات جوش تعیین overlapپالس سرعت فرآیند درصد همپوشانی ) بسامد

سرعت الزم برای سردسازی به .درصد میرسد 5.درصد شروع می شود و به 05همپوشانی لز می کند.

ترکیب و حجم ماده بستکی دارد.

اری توسط لیزر است. انرژی های انرژی پالس در عملیات جوش کمتر از انرژی پالس در عملیات براده برد

از چند ژول هم فراتر می رود . Nd:Yagکسر هایی از ژول می باشد در حالی که در لیزر های co2لیزر در

مقادیر بیشتر انرژی حوضچه جوش را بر هم می زنند.

جورشدگی و نکات قابل توجه در رابطه با لنز ، توانایی تراکم الزم در دستیابی به نفوذ ، نوع اتصال و

همچنین پوشش و تکنیکهای حفاظتی را شامل می شود.

با استفاده از عدسی های دارای فاصله کانونی بزرگتر امکان اتصال جوش با تراز بد و جورشدگی ضعیف وجود

دارد. وقتی که عمل وقتی که عمل جوش دادن فلزات ترشحات جوش زیادی بوجود می آورد برای افزایش

با توان های CO2از لنزها با فاصله کانونی بزرگتر پیشنهاد می گردد.برای لیزرهای استفادهعمر عدسی

در لیزر های( استفاده می شود. in 9میلی متر ) 309کمتر از یک کیلووات اصوال از لنزهای با فاصله کانونی

Nd:Yang 055تا 11برای جوش لیزر از عدسی هایی با فاصله کانونی ( میلی مترin 0 to 0,9 بهره می )

برند.

نوسان های اشعه برای مقابله با جور شدگی ضعیف و اجرای جوش هایی با سطح نسبی کم به صورت خطی

افزودنی های فلزی بشکل سیم یا پودر به عنوان فیلتر و بمنظور پرکردن شکاف ها و یا دایره ای بکار میرود.

شود. اصالح ترکیب جوش برای افزایش قدرت جوش استفاده می

یک جت گاز)پوشش عدسی( برای حفاظت از عدسی فوکوس در برابر ترشهات جوش و هدایت جریان اشفته

گاز برای حفاظت از حوظچه جوش در برابر محیط اطراف مورد استفاده قرار می گیرد. بعضی از جوش ها به

رار دارندیک محافظ دنباله دار گاز خنثی یا پاز ترکیبی برای حفاظت در برابر آلودگی ق

میلیمتر میباشد.1,0تا 0,9قطر روزنه های نازل جت های گاز در عملیات جوش معموال بین

میلیمتر است.زمانی که جت گاز هم 5,9تا 1,0( نیز معموال بین standoffفاصله ی راس لیزر تا روزنه )

حفاظت از عدسی استفاده محور موجب تداخل با نور های بازتابی یا قطعه میشود از جت های جانبی برای

کیلو پاسکال 355تا19فشار جت گاز هم محور برای ممانعت از به هم ریختن حوزچه ی جوش کم )میشود.

( است.تکنیکهای حفاظت از پشت مشابه تکنیکهایی است که در جوش قوسی بکار گرفته psi 39تا9یا

میشود.

عملیات سطحی

فلزات به منظور تولید سازه های مناسب برای هدف و ( اصالح surface treatmentعملیات سطحی)

ه اند شامل عملیات کارایی خاص میباشد.شاخه های عملیات سطحی که مورد بحث و بررسی قرار گرفت

حرارتی ، روکش فلزی ، جال کاری ، لعاب کاری و نشان گذاری میباشند.

عملیات حرارتی دو فرآیند را در بر میگیرند:

سخت شدگی تبدیلی اصالح خصوصیات فیزیکی سطح فلز را با افزایش گداختگی . سخت شدگی تبدیلی و

دمای آن تا نقطه ی زیر نقطه ذوب در بر می گیرد که با سرد شدن بسیار سریع دنبال می شود. این عمل

اصالح خصوصیات فیزیکی سطح فلز با افزایش دمای آن تا نقطه ی کمتر ریز ساختار ها را بوجود می آورد.

ز دمای ذوب آن می باشد که سرد شدگی کنترل شده را در پی دارد. با این عمل ریزساختار هایی صاف تر و ا

با یکنواختی بیشتر ایجاد می نماید.

انواع دیگر عملیات سطحی عبارت اند از:

روکش فلزی: افزودن ماده ای با ترکیبی متفاوت با فلز اصلی برای افزایش عمر ماده.

افزودن فلزی با همان ترکیب یا ترکیبی مشابه به منظور اصالح یا بازگرداندن ابعاد فیزیکی یک جال کاری:

قطعه.

لعاب کاری:اصالح سطح فلز با افزایش دمای فلز تا نقطه ای بیش از نقطه ذوب از طریق انتقال و تابش انرژی

لیزر می باشد که نتیجه این عمل حذف نواقص و اصالح ریزساختار ها است.

نشان گذاری: اصالح سطح فلزی از طریق حذف فلز یا اصالح ظاهری برای ایجاد تصویری واضح و متفاوت.

متغیر های فرآیند: در اصالح سطوح متغییر های گوناگونی را مورد استفاده قرار می دهد. ابزار های کمکی

ار تغزیه سیم یا پودر و مولفه از جمله لنز های خاص ، سازوک ;زیادی برای ایجاد سطوح مورد نظر الزم است

های پیش گرمایش و پس گرمایش.برخی از مولفه های فرآینددر ادامه تشریح شده اند.

می رسد. برای انجام Kw35آغاز می شود و تا w05توان مورد نیاز برای اصالح سطح از مقادیر کمتر از

وات و بیشتر از آن نیاز 955معادل عملیات گرمایی ، جال کاری ، روکش کاری و لعاب کاری توان هایی

است.اجرای فرآیند های سخت شدگی تبدیلی و گداختگی با توان های زیاد تر ، عمق عملیات را افزایش

نمی دهد بلکه سطحی را افزایش می دهد که در هر مرحله می توان اصالح نمود.نشان گذاری فلزات معموال

وات صورت می پذیرد. نشان گذاری را می توان در 9.تا 05سط بین و با توان متو Nd:yagبا لیزر های

یا پالسی انجام داد. cwحالت های

مؤلفه های پالس مانند طول بسامد و انرژی پالس در اصالحات سطح فلزات بسیار متفاوت است. عملیات

امد های انجام می شوند.بس co2 cwحرارتی ، روکش کاری ، جالکاری و لعاب کاری عموما با لیزر های

در عرض ns95هرتز هستند در حالی که طول های پالس تقریبا 35555تا 955پالس در نشان گذاری بین

می باشند.

بسته به عملیات سطحی مورد نظر تفاوت گسترده ای دارند. به عدسی های متمرکز کننده و جت های گاز

یکنواخت تغییر می کند. استفاده از یک هنگام عملیات حرارتی شدت پروفیل اشعه برای بدست آوردن توزیع

( روشی متداول در متمرکز نمودن اشعه لیزر برای نشانه گذاری فلز بمنظور galvo_opticابزار گالوواپتیک)

ایجاد شکلی خاص می باشد. در بسیاری از کارهای جال کاری و روکش کاری مجاری گاز نجیب مورد

قوسی برای از پیش گرم کردن فوق آلیاژهای حساس در برابر لستفاده قرار می گیرد ، در حالی المپ های

ترک خوردگی بکار گرفته می شوند.

جت های گاز را در عملیات سطحی هم می توان استفاده نمود و هم می توان از آن صرف نظر کرد.

است. استفاده از هر گونه نازلی را ممنوع کردهشیوه های گالیوواپتیک مورد استفاده در نشان گذاری

طرح استفاده نمود. ]تمایز[گر چه می توان از یک پوشش جانبی اکسیژن برای افزایش کنتراست

پوشش های جانبی گاز خنثی مانع اکسیداسیون میشود که این امر کاراکتر های روشن و براقی را پدید می

د کننده با آب برای عمر آورد. عملیات حرارتی ، روکش کاری و جال کاری را می توان همراه با نازل های سر

و پس گرمایش انجام داد . طرح بیشتر اجرا نمود این کار را بطور اخص می توان در مراحل پیش گرمایش

جال کاری و روکش کاری همراه باشد.نازل میتوان با یک مکانیزم پودررسان در عملیات های

پیشرفت های آینده

امروزه توسعه فن آوری لیزر به سوی رفع نیاز هایی گام بر می دارد که توسط کاربران قبلی لیزرها شناسایی

با توان باال بهبود Nd:Yagو CO2شده اند.کیفیت اشعه )قابل مقایسه با دقت ابزار( خصوصا در لیزرهای

ت ضخیم تر که قبال غیر ممکن می یافته است.کیفیت بیشتر اشعه همراه با قدرت بیشتر توانایی برش فلزا

با طراحی پیشرفته فوق آلیاژ هایی با نیکل زیاد را تا ضخامت Nd:Yagنمود را فرآهم آورده است.لیزر های

( با سرعتی بیش از براده برداری تخلیه الکتریکی برش داده اند.کیفیت بیشتر اشعه in 0,5میلیمتر ) 95

بیشتر و با نسبت سطح بسیار کم ایجاد می نماید. توان بیشتر جوش های با نفوذهمراه با

با هدف انتقال آسان تر Nd:yagسیستم های براده برداری لیزر نیز در حال تغییر هستند. در لیزر های

اشعه لیزر کابل های فیبر نوری بکار گرفته شده اند. دستگاه های رباتیک حصوصا برای یکپارچگی لیزر ها

طراحی شده اند و بزودی در خطوط خودکار مونتاژ مورد بهره برداری قرار خواهند گرفت. سامانه های بینایی

روی قطعات با هندسه غیر قابل پیشبینی را می دهند.و ابزار ردیابی شکاف ها نوید انجام کار بر

ضمیمه:حکاکی آسان شده با لیزر

حکاکی تسهیل شده با لیزر فرآیندی پرتو شیمیایی است که طرح هایی از اندازه یک میکرون و کوچکتر از

ک حک کننده ها و نیمه رسانا ها تولید می نماید . در این فرآیند قطعه کار با یآن را روی سطح ، سرامیک

گاز یا مایع پوشانده می شود و سطح قطعه با یک اشعه متمرکز لیزر پرتو افشانی می گردد.عمل حکاکی

زمانی رخ می دهد که اشعه لیزر متمرکز شده تآثیری به شکل گرما یا نورکافت بر حک کننده نزدیک سطح

قی محدود شده است اما راه کاری قطعه کار بگذارد.اگرچه این فرآیند های حکاکی برای بررسی های تحقی

موثر برای تولید طرح بدون ماسک های محافظ یا در برخی موارد بدون جهت گیری خارجی حالل های

الکترولیت ارائه می کند.

لیزر از طریق نورکافت ، اثر حرارتی یا ترکیبی از هر دو مورد ، واکنش میان قطعه کار .روش ها و راه کار ها

حکاک استفاده می گردد و و ماده حکاک را آغاز می کند و یا بهبود می بخشد.در مواردی که از گاز به عنوان

های گاز را از طریق بر ، مکانیزم حکاکی تسهیل شده با لیزر ، نورکافت می باشد. پرتو افشانی لیزر مولکول

انگیختگی یا جداسازی به اجزای فعال سازنده اش تبدیل می کند که پس از آن پخش شده یا سطح قطعه

کار واکنش می دهد .

در حالتی که قطعه کار در یک سلول الکترولیت نقش آند را داشته باشد تاثیرات حرارتی راهکار های غالب

( به عنوان 95با لیزر است)شکل فرآیند افزودنی آبکاری تسهیل شده هستند.این فرآیند حکاکی که شبیه

تاثیری حرارتی توصیف شده است که در آن افزایش، به باال رفتن های دما و اختالفات دمایی ایجاد شده بر

نسبت داده شده است.این فرآیند های حکاکی ناشی ایجاد حرارت، به اثر جذب نور لیزر توسط قطعه کار

ایزوتروپیک هستند و به ابعادی بزرگتر از طول انتشار حرارتی تجزیه می گردند. طور ذاتی

روش هایی نیز برای حکاکی تسهیل شده با لیزر وجود دارند که از مواد حکاک مایع استفاده می کنند اما

ز شده بدون بایس کردن خارجی یا منابع متحرک توسط برق. این روش ها انحالل الکتروشیمیایی فوتوکاتالی

قطعه کار را در بر می گیرند ، گرچه بعضی روش ها نیز موجب ذوب می گردند، هر یک از این روش ها

حالل های حکاک متفاوتی را بکار می گیرند.

تدکا

ی رو

ی رنو

ب جذ

ه ود

حد م

ر د

رز لی

بای

رکا

آبود

هب بک

تیما

شل

کش

حکاک های برمی و یدی در یکی از روش های حکاکی تسهیل شده با لیزر استفاده می شوند. حکاکی فوتو

خارجی اتفاق افتد و انتظار می رود که این فرآیند به تجزیه کوچکتر از کاتالیز شده می تواند بدون بایاس

میکرون دست یابد.

حکاکی های پتاسیم هیدروکسید در حکاکی تسهیل شده با لیزر سرامیک کاربید آلومینیم تیتانیم استفاده

نگامی که قطعه کار میگردد. این روش با دیگر تمهیدات حکاکی تفاوت دارد زیرا در آن پرتو افشانی لیزر به

در مایع حکاک مستغرق است موجب ذوب موضعی و مقداری تبخیر می شود.

حالل های نمک خنثی نیز به عنوان ماده حکاک در حکاکی تسهیل شده با لیزر مورد توجه قرار گرفته اند

با لیزر بدون استفاده از حالل های اسیدی یا قلیایی خورنده را .این روش توانایی اجرای حکاکی تسهیل شده

که حکاکی نشان می دهد.تجربه استفاده از حالل نمک خنثی نیترات سدیم نشان داد که برای دستیابی

دمای ذوب با نزدیک به نقطه ذوب مورد نیاز است.