ما هو اللحام بالليزر البارد؟

اللحام بالليزر هو وسيلة لربط مادتين معًا باستخدام شعاع الليزر كمصدر حرارة مركز لإذابة المواد ودمجها عند نقطة الاتصال الخاصة بها. إنه يوفر مزايا مقارنة بتقنيات اللحام التقليدية مثل السرعة الأعلى والأتمتة الأسهل والجودة والدقة المحسنة وخيارات المواد الموسعة.اللحام بالليزر البارديشير إلى مجموعة فرعية من طرق اللحام بالليزر التي تتضمن مدخلات حرارة أقل بكثير مقارنة باللحام بالليزر القياسي. ولكن كيف يعمل وما هي تقنيات اللحام بالليزر البارد الرئيسية المستخدمة اليوم؟

انخفاض مدخلات الحرارة

بحكم التعريف، يستخدم اللحام بالليزر البارد كثافة طاقة ليزر ومدخلات حرارية أقل بكثير من طرق اللحام بالصهر الأكثر سخونة. وهذا يسمح بربط المزيد من المواد الحساسة للحرارة مثل البلاستيك أو الرقائق الرقيقة مع قدر أقل من التشوه أو الاحتراق أو أي ضرر حراري آخر مقارنة باللحام بالليزر الأكثر سخونة.[1]

توفر تقنيات اللحام بالليزر البارد النموذجية 25-30% فقط من مدخلات الطاقة المستخدمة في اللحام بالليزر التقليدي. وهذا يعادل كثافة الطاقة أقل من 1 ميجاوات لكل سنتيمتر مربع ودرجات حرارة الذروة أقل من 2500 درجة فهرنهايت عند أسطح خط الرابطة.[2]

تقلل الحرارة المنخفضة من تزييف الأجزاء والتغيرات المعدنية الخطرة في المكونات التي يتم لحامها. كما أنه يسمح أيضًا بإنشاء روابط ناجحة في المواد شديدة الانعكاس مثل الألومنيوم أو النحاس والتي عادةً ما تؤدي إلى تشتيت كميات أعلى من طاقة الليزر بدلاً من امتصاصها.[3]

تقنيات اللحام بالليزر البارد الرئيسية

تشمل فئات اللحام بالليزر الثلاث الرئيسية التي تعتبر تقنيات باردة ما يلي:

1. اللحام بالليزر منخفض الكثافة

يتضمن ذلك تقليل كثافة الطاقة للحالة الصلبة القياسية أو ليزر الألياف إلى 0.5 ميجاوات لكل سم2 أو أقل. يسمح باللحام حتى عمق 0.5 مم مع تقليل مدخلات الحرارة والتأثير المعدني على السبائك الحساسة.[4]

2. مسح اللحام بالليزر

تعمل هذه الطريقة على تذبذب شعاع الليزر أو مسحه بسرعة فوق خط التماس أثناء إطلاق النبض. إن الجمع بين شعاع أوسع والحركة السريعة يحد من مدخلات الحرارة على الرغم من استخدام كثافات طاقة تزيد عن 2 ميجاوات لكل سم2. فهو يسهل لحام السبائك الفضائية الغريبة وعلامات البطارية.[5]

3. اللحام الدقيق بالليزر

يستخدم هذا ثنائيات ليزر تعمل بالأشعة تحت الحمراء تنبعث منها أطوال موجية مضبوطة على قمم الامتصاص للبوليمرات. يؤدي التحكم الدقيق في الانبعاثات التي تقل عن 150 واط إلى إنشاء لحامات ضيقة بعمق أقل من 0.1 مم ولكنها قوية بما يكفي لمكونات مثل القسطرة الطبية والإلكترونيات الدقيقة.[6],[7]

المزايا مقابل اللحام بالليزر القياسي

في حين أن الحد الأقصى لسرعات اللحام وأعماقه مقيدة، فإن تقنيات الليزر البارد توفر مزايا تشمل:

- التقليل من تشويه الأجزاء والتغيرات المعدنية الضارة

- تجنب الأضرار الناجمة عن الحرارة وفقدان المزاج في السبائك الحساسة

- تسهيل الروابط الدقيقة القوية في المواد شديدة الانعكاس والموصلة والتي لم تكن قابلة للحام في السابق

- ربط اللدائن الحرارية وأزواج المواد المتباينة من البوليمر المعرضة للتدهور الحراري

- السماح باللحام الآلي للرقائق الرقيقة للغاية حتى سمك 0.05 مم [8]

لذا، فإن اللحام بالليزر البارد يحتل مكانًا مهمًا - وهو تسهيل الربط المعقد للمعادن والبلاستيك ومخاليط المواد غير المتوافقة مع طرق اللحام بالليزر التقليدية الأكثر سخونة.

الاستفادة من التطبيقات

تتبنى صناعات الطيران والإلكترونيات والأجهزة الطبية على وجه الخصوص حلول اللحام بالليزر البارد للاستفادة من الفوائد مثل تمكين مفاصل المواد الصعبة مع الحد الأدنى من التشوه على المكونات الصغيرة والمعقدة.

تتضمن أمثلة التطبيقات ما يلي:

- الختم المحكم لحاويات التيتانيوم الخاصة بجهاز تنظيم ضربات القلب [9]

- لحام الغرف المفرغة الخارجية لأجهزة قياس الطيف الكتلي [10]

- ربط ملفات رقائق النيكل في المولدات الكهربائية مع الحفاظ على الخواص المغناطيسية [11]

- عزل البوليمرات في رقع توصيل الدواء بدون مواد لاصقة مسالة بالحرارة [12]

لذلك، أثناء العمل على نطاقات أصغر، تتيح تقنيات الليزر البارد إنشاء روابط مهمة للغاية في السبائك ذات الجودة الفضائية وأدوات التشخيص والمكونات الطبية المنقذة للحياة حيث يكون الحفاظ على خصائص المواد الأساسية وأبعادها أمرًا بالغ الأهمية.

في ملخص

يستخدم اللحام بالليزر البارد تقنيات الليزر ذات كثافة الطاقة المنخفضة التي تحد من إدخال الحرارة أثناء اللحام الدقيق. يؤدي الحفاظ على درجات الحرارة المنخفضة إلى تقليل تشويه الأجزاء والأضرار المعدنية مع السماح بالروابط في المكونات شديدة الانعكاس والحساسة حرارياً والتي كانت في السابق خارج نطاق اللحام بالصهر الساخن. على الرغم من أنه يعمل على نطاقات صغيرة، إلا أن الليزر البارد يتيح إمكانية الانضمام المعقد لمزاوجات المواد الغريبة والمختلفة والتي تعد ضرورية للتطبيقات بدءًا من الأقمار الصناعية وحتى عمليات الزرع الجراحية.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. هي مؤسسة ذات تقنية عالية متخصصة في البحث والتطوير وتصنيع وبيع آلة الكسوة بالليزر الأوتوماتيكية وآلة الكسوة بالليزر عالية السرعة وآلة التبريد بالليزر وآلة اللحام بالليزر ومعدات الطباعة بالليزر ثلاثية الأبعاد. منتجاتنا فعالة من حيث التكلفة وتباع محليًا وخارجيًا. إذا كنت مهتمًا بمنتجاتنا، فيرجى الاتصال بنا علىbob@gshenglaser.com.

مراجع:

[1] كاتاياما، إس. دليل تقنيات اللحام بالليزر. وودهيد للنشر. 2013. ص. 342.

[2] معالجة المواد الهندسية بالليزر الأيوني JC: المبادئ والإجراءات والتطبيق الصناعي. إلسفير. 2005. ص 203-204.

[3] Dawes C. اللحام بالليزر: دليل عملي. وودهيد للنشر. 1992. ص 88.

[4] Kah P، Suoranta R، Martikainen J، Magnus C. تقنيات لربط المواد المتباينة: المعادن والبوليمرات. القس Adv ماتر العلوم. 2014;36:152-164.

[5] Kah P، Suoranta R، Martikainen J. تقنيات متقدمة للحام الليزر للبوليمرات الشفافة. بروسيديا الفيزياء. 2015;78:182-190.

[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. التقدم والابتكارات الحديثة في تكنولوجيا اللحام بشعاع الليزر. البصريات والليزر في الهندسة. 2021؛ 140:106877.

[7] روزنر أ، شيك إس، أولوينسكي أ، جيلنر أ، ريسجين يو، شليسر إم. اللحام بالليزر للبوليمرات باستخدام الليزر عالي الكثافة. مجلة هندسة الليزر الدقيقة. 2019;14(1):1-6.

[8] كاتاياما س. ظاهرة اللحام بالليزر في لحام الرقائق الرقيقة. مجلة تطبيقات الليزر. 2011 يونيو 1;23(2):022005.

[9] L على التوالي، T، Roos E. تحقيقات حول اللحام الاندماجي لسبائك التيتانيوم لأجهزة تنظيم ضربات القلب. مواد الأجهزة الطبية II: وقائع مؤتمر المواد والعمليات الخاصة بالأجهزة الطبية. 2004 نوفمبر 8. ص. 12-6.

[10] سينوويكي ر.أ. القضايا المادية لغرف فراغ التيتانيوم الملحومة في تطبيقات قياس الطيف الكتلي. اللقاء الموضوعي الثامن عشر حول علم الطاقة الاندماجية. 1999 أكتوبر 28.

[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. اللحام بالليزر للفولاذ الكهربائي وعواقبه التكنولوجية على النوى المغناطيسية AC. معاملات IEEE على المغناطيس. 1992 سبتمبر;28(5):2260-3.

[12] دي كوماندرسينغ إس بي، ويدوويلت تي جيه. استخدام عملية اللحام بالليزر لختم الأجهزة التعويضية للزراعة. طلب براءة الاختراع في الولايات المتحدة الأمريكية 06/938,069. 4 ديسمبر 1974.