يعد اللحام بالترسيب بالليزر عملية معقدة تتطلب الكثير من التحضير قبل تشغيل الليزر.
وفيما يلي بعض الخطوات الرئيسية التي تنطوي عليها هذه العملية.
الخطوة 1 - تحضير السطح
تحتوي القضبان والسبائك المعدنية على طبقات سطحية واقية. عادة ما تكون هذه الطلاءات عبارة عن زيوت تستخدم لمنع الصدأ أو الطلاء المعدني أو الأكاسيد (في حالة الألومنيوم).
تحتاج إلى إزالة المركبات والشوائب غير المرغوب فيها من المعدن وتخشين السطح - حيث يؤدي السطح الأكثر خشونة إلى التصاق أفضل للمعادن أثناء اللحام. توفر النتوءات والتجاويف الصغيرة الموجودة على السطح نقاط تثبيت ممتازة ليلتصق بها معدن الحشو المنصهر.
الخطوة 2 - توصيل معدن الحشو
يتدفق معدن الحشو، الذي عادة ما يكون مسحوقًا معدنيًا ناعمًا، من فوهة هواء بغاز خامل (النيتروجين أو الأرجون). تمنع الغازات الخاملة الأكسدة، وتزيل الشوائب السطحية غير المرغوب فيها، وتحافظ على اللحامات نظيفة وخالية من الخبث.
يعد صنع مساحيق معدنية دقيقة ومتماسكة عملية مكلفة. عادةً ما يتطلب إنشاء المسحوق المعدني جهدًا أكبر من اللحام بالترسيب بالليزر نفسه.
لذلك، تستخدم العديد من آلات الترسيب بالليزر أسلاكًا معدنية رفيعة بدلاً من ذلك. يمكن تغذية السلك يدويًا أو تلقائيًا عبر نظام المحرك والأسطوانة بالقرب من رأس الليزر.
تجدر الإشارة إلى أنه عند اللحام، يمكن أن يكون معدن الحشو هو نفس قطعة العمل، في حين أن طلاء السطح يمكن أن يكون مختلفًا.
الخطوة 3 – التسخين بالليزر الموضعي
يقوم نظام CNC الدقيق بتوجيه شعاع الليزر عالي الطاقة إلى الموقع المطلوب. يقوم الليزر بإذابة سطح قطعة العمل ومعدن الحشو الوارد في أقل من ثانية.
يقوم شعاع الليزر بإدخال كمية ثابتة من الطاقة إلى قطعة العمل، ويتم التحكم في منطقة ترسيب الطاقة عن طريق القوة الكهربائية لمصدر الليزر وقطر البقعة. قطر بقعة الليزر هو حجم نقطة الاتصال بين الليزر وقطعة العمل.
ويعني حجم البقعة الأكبر أن الطاقة تنتشر بشكل أكبر وكلما استغرق ذوبان السطح وقتًا أطول. ويعني قطر البقعة الأصغر أن كل طاقة الليزر تتركز في بقعة صغيرة، مما يقلل من وقت الذوبان.
حجم البقعة الأصغر يعني دقة أكبر وأوقات لحام أسرع. كما أنه يقلل من تشوه المواد لأن الحرارة تتركز في نقطة واحدة ولا تشع أي حرارة زائدة إلى البيئة المحيطة.
الخطوة 4 – الطبقات والتمريرات المتعددة
لا يقتصر ترسيب المعادن بالليزر (LMD) على اللحام، بل غالبًا ما يستخدم أيضًا لإنشاء مكونات من الصفر. بعد تمرير الليزر الأولي، يمر رأس الليزر بجولة أخرى ويضع طبقة جديدة من المادة فوق الطبقة الأولى. كرر هذه العملية حتى تصل إلى الارتفاع المطلوب.
بالنسبة للتصنيع الإضافي، تستمر الطبقات حتى يتم بناء الجزء الكامل. في المقابل، يتطلب اللحام طبقة واحدة أو طبقتين فقط.
يساعد سمك الطبقة وعدد الطبقات على التحكم في كمية المعدن المترسب.
الخطوة 5 – التبريد والتصلب
ونظرًا لأن الحرارة تكون موضعية، فإن المنطقة الملحومة تبرد أيضًا بسرعة نسبية، على الفور تقريبًا بعد مغادرة الليزر للبقعة.
تتضمن عملية LMD إيداع الطاقة مباشرة في بقعة صغيرة على قطعة العمل. تعني نقاط الاتصال الأصغر استخدام الطاقة بشكل أكثر كفاءة، وبالتالي يمكن لليزر التحرك بشكل أسرع.
الليزر الأسرع يعني إجمالي طاقة وحرارة أقل في قطعة العمل. ترسب حرارة أقل يعني تبريد أسرع. يجلب التبريد السريع تأثيرًا جانبيًا إضافيًا يتمثل في بنية مجهرية أفضل.
7 مزايا اللحام بالترسيب بالليزر
يعد ترسيب المعادن بالليزر (LMD) بمثابة تراكم لسنوات عديدة من الأبحاث حول تكنولوجيا التصنيع المضافة. تم تصميم كل جانب من جوانب ترسيب المعادن بالليزر بهدف واحد وهو تحسين العمليات التقليدية.
فيما يلي بعض من أكبر الفوائد التي يجلبها اللحام بالترسيب بالليزر لعمليات التصنيع الحديثة.
1. وقت لحام أسرع
يقوم الليزر ذو الطاقة العالية بإذابة قطعة العمل بسرعة، وتقوم وحدة التحكم CNC بتحريك رأس الليزر بسرعة من نقطة إلى أخرى، مما يؤدي إلى أوقات لحام سريعة بشكل لا يصدق.
تتيح تغذية الطاولة الأوتوماتيكية اللحام المستمر دون أي توقف أثناء العملية. كما يعمل اللحام الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر على تقليل الأخطاء، مما يوفر المزيد من الوقت على أرضية الإنتاج.
تعمل إدارة وتحسين معلمات ترسيب المعادن بالليزر المختلفة على تحسين كفاءة اللحام وتقليل وقت الإنتاج.
2. دقة وتحكم أكبر
تقريبًا كل آلات ترسيب المعادن بالليزر تكون آلية ويتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر، باستثناء عدد قليل من النماذج المحمولة باليد. تعمل الدقة والتحكم العاليان على تمكين اللحامات الأكثر تعقيدًا بسرعات أكبر.
قليل من عمال اللحام ذوي الخبرة يمكنهم مطابقة دقة ودقة آلات اللحام بالليزر الآلية.
3. اللحامات ذات الجودة العالية
تملأ جزيئات المسحوق الدقيقة الموجودة في مادة الحشو الفجوات بشكل أكثر كفاءة، مما يؤدي إلى لحام أقوى. وبما أن كل شيء يتم قياسه مسبقًا والتحكم فيه بواسطة الكمبيوتر، فإن كمية المعدن المترسب هي بالضبط ما هو مطلوب، مما يعني أن المجمع المنصهر يظل ثابتًا طوال العملية.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام النفاثات الداخلية لمنع تكون الخبث وأكسدة المعادن ولتفجير الشظايا الصغيرة من المعدن المتبخر.
4. صفر تشويه لمصدر الحرارة
تؤدي عمليات اللحام التقليدية إلى إدخال كميات كبيرة من الحرارة غير المرغوب فيها إلى المادة الأساسية. يتم نقل كمية صغيرة من الحرارة إلى وصلة اللحام، ويتسرب الباقي إلى البيئة المحيطة، مما يتسبب في تشوه المعدن (اعوجاجه).
يعد ترسيب المعادن بالليزر عملية دقيقة للغاية حيث يقوم شعاع الليزر بإذابة جزء صغير فقط من قطعة العمل وليس أكثر. تتميز هذه العملية بالكفاءة لدرجة أنها غالبًا ما تستخدم في اللحامات على كامل السطح لأنه لا داعي للقلق بشأن تشويه المواد.
اللحام السطحي هو عملية طلاء مادة بمادة (أو مواد) أخرى لتحسين تشطيب السطح ومقاومة التآكل.
5. توافق أوسع للمواد
يصبح اللحام أكثر صعوبة مع الانتقال إلى مواد ذات جودة أعلى وندرة. العملية التقليدية مناسبة للمواد الشائعة مثل الحديد والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ وحتى سبائك الألومنيوم. ولكن هناك حالات خاصة للتعامل معها تتضمن معادن صلبة مثل التنغستن، ومعادن متطايرة مثل المغنيسيوم، ومعادن ناعمة مثل الذهب.
يدعم ترسيب المعادن بالليزر مجموعة واسعة من المعادن والسبائك وحتى بعض السيراميك. باستخدام LMD يمكنك لحام المواد التالية.
سبائك النيكل
كربيد التنغستن
سبائك المغنيسيوم
الحديد الزهر
سبائك الألومنيوم
سبائك على أساس الكوبالت
سبائك التيتانيوم
نحاس
فُولاَذ
إلخ.
6. تقليل هدر المواد
اللحام بالليزر يقلل من هدر المواد. يتم تغذية المسحوق المعدني إلى قطعة العمل بمعدل تغذية متحكم فيه لتجنب الترسيب الزائد/الناقص. على عكس اللحام التقليدي الذي يستخدم قضيب الحشو، يستخدم اللحام بالترسيب بالليزر أسلاكًا مستمرة وجزيئات مسحوق.
استخدم فقط الكمية المطلوبة من الحشو واحتفظ بالباقي للحام التالي.
7. تقليل أعمال ما بعد المعالجة
نظرًا لأن ترسيب المعادن بالليزر ينتج لحامات أنظف، ففي كثير من الأحيان، لا تحتاج حتى إلى إجراء أي معالجة لاحقة. ليست هناك حاجة لتنظيف قطعة الشغل بالفرشاة، أو طحن البرك الزائدة، أو تقويم التشوهات أثناء اللحام.
يمكن أن يؤدي تقليل مرحلة ما بعد المعالجة إلى توفير الكثير من الوقت على أرضية الإنتاج وزيادة الإنتاجية بشكل كبير.