اللحام بالليزر

الصهر: ليزر مركَّز يحفر ثقب مفتاح لحامات ضيقة عميقة

يصهر اللحام بالليزر الوصلة بشعاع ضوء شديد التركيز، فينتج لحامات ضيقة عميقة بسرعة عالية. ولأن الحرارة مركّزة جدًا، بالكاد تلتوي القطع. وهو يصل هياكل السيارات وخلايا البطاريات والغرسات الطبية، عادةً بروبوتات أو مرايا سريعة الحركة.

الصورة: Krorc, CC BY-SA 3.0, عبر Wikimedia Commons

اللحام بالليزر · منظر جانبي لثقب المفتاح، مع منظرين طرفيين لدرزتي الليزر والقوستطابق الأرقام المحاطة بدوائر الخطوات أدناه. يقارن الصندوق على اليمين الدرزة المنتهية بلحام قوسي للألواح نفسها.

كيف تعمل

أنتج الشعاع وأوصله. يصنع مصدر ليزر، وهو اليوم عادةً ليزر ليفي بقدرة نحو 1–10 kW، شعاع أشعة تحت حمراء شديدًا. وتحمله ليفة بصرية إلى رأس اللحام.
ركّزه. تضغط عدسة الشعاع في بقعة بعرض بضعة أعشار المليمتر. وهذا يضع أكثر من مليون واط على كل سنتيمتر مربع.
حفر ثقب المفتاح. ينصهر المعدن تحت البقعة ويغلي جزئيًا. وضغط البخار يُبقي قناة رقيقة مفتوحة، هي ثقب المفتاح، تتيح للشعاع الوصول عميقًا إلى الوصلة.
دع المصهور يسيل حول الثقب. بينما يتحرك الرأس، يسيل المعدن المصهور حول ثقب المفتاح ويلتئم خلفه.
حماية الحوض. غاز مثل الأرغون أو الهيليوم أو النيتروجين يحمي المعدن الساخن من الهواء ويدفع الريشة (سحابة بخار المعدن فوق البقعة).
تجمّد سريعًا. تتصلب البركة الصغيرة تقريبًا فورًا في درزة ضيقة عميقة. وتبقى المنطقة المتأثرة بالحرارة (معدن غيّرته الحرارة ولم ينصهر) رقيقة.

نمطان. عند كثافة قدرة أقل لا يصهر الليزر إلا السطح، فيعطي درزة ضحلة ملساء (نمط التوصيل) للصفائح الرقيقة والوصلات الظاهرة. وفوق عتبة معيّنة يفتح ثقب مفتاح، يمكن أن يصنع لحامات أعمق من عرضها بنحو عشر مرات.

حقائق أساسية

المواد: الفولاذ الكربوني والمقاوم للصدأ، والألومنيوم، والتيتانيوم، وسبائك النيكل؛ والنحاس الأحمر بليزر أخضر أو أزرق أو بإعدادات خاصة؛ وبعض البلاستيك
القطع النموذجية: أسقف السيارات وأبوابها، والشرائح المفصّلة (صفائح بسمكات مختلفة تُوصَل قبل الختم)، ولسينات البطاريات، والتروس، وعلب منظّمات ضربات القلب
حجم القطعة: من رقائق أقل من 0.1 مم إلى ألواح بسمك نحو 20 مم في مرور واحد بقدرة عالية؛ وقطع بحجم هيكل سيارة بالروبوتات
الدقة: الشعاع موضوع بدقة نحو ±0.1 مم؛ تشوّه منخفض جدًا، لكن يجب أن تتطابق القطع بفجوات نحو 0.1 مم أو أقل
تشطيب السطح: درزة ضيقة ملساء، غالبًا شبه مستوية؛ ورذاذ قليل
حجم الدفعة المناسب: سلاسل كبيرة بالأتمتة؛ والوحدات المحمولة تخدم الآن ورش الأعمال حسب الطلب أيضًا
كلفة العدّة والآلة: نحو 10,000 دولار فأكثر للحام ليزر ليفي محمول؛ وعدة مئات الآلاف من الدولارات أو أكثر لخلية روبوتية
السرعة: عادةً 1–10 م من الدرزة في الدقيقة على الصفائح الرقيقة؛ وتقفز رؤوس المسح بين اللحامات في أجزاء من الثانية

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

لحامات ضيقة عميقة بحرارة وتشوّه قليلين
سريع جدًا وسهل الأتمتة، حتى عن بُعد بمرايا مسح
يلحم من جهة واحدة، دون لمس القطعة
دقيق بما يكفي للقطع الطبية والإلكترونية الصغيرة

الحدود

معدات باهظة وقواعد صارمة لسلامة الليزر: الشعاع وانعكاساته قد يُعميان
يحتاج إلى تطابق محكم: الفجوات وعدم المحاذاة تسببان عيوبًا
المعادن اللامعة كالنحاس الأحمر والألومنيوم تعكس جزءًا كبيرًا من الشعاع
التبريد السريع جدًا قد يصنع لحامات صلبة هشّة في الفولاذ عالي الكربون

أين تُستخدم

السياراتالأسقف، والأبواب، والشرائح المفصّلة، والتروس وأجزاء ناقل الحركة
البطاريات والتنقل الكهربائيلسينات الخلايا، وقضبان التوصيل (شرائط توصيل سميكة)، وأغلفة البطاريات
الطبأغلفة منظّمات ضربات القلب والغرسات، والأدوات الجراحية
الإلكترونياتأغلفة المستشعرات، والموصّلات، والعبوات المحكمة الإغلاق
معدات المطابخأحواض الفولاذ المقاوم للصدأ، وألواح الأجهزة المنزلية والأنابيب

كيف تتعرف عليها

درزة رقيقة جدًا منتظمة، غالبًا بعرض 1–2 مم فقط، بتموجات دقيقة منتظمة.
لا تلوّن حراريًا أو التواء يُذكر بجوار الدرزة.
صفوف من نقاط صغيرة متداخلة على قطع صغيرة، يصنعها ليزر نبضي (مثلًا على الأجهزة الطبية أو المجوهرات المُصلَحة).