مقایسه دقت جوش لیزری و جوشکاری نقطه ای در صنایع فلزی

منبع: اتاق زندگی

جوشکاری به طور کلی یکی از فرایندهای حیاتی در صنایع فلزی محسوب می شود و انواع مختلفی از تکنیک های جوشکاری برای اتصالات متنوع به کار گرفته می شوند. دو روش رایج در صنایع مختلف جوشکاری لیزری و جوشکاری نقطه ای (Spot Welding) هستند. این دو روش بسته به نوع فلز ضخامت قطعه و نیازمندی های پروژه می توانند نقش بسزایی در کیفیت و کارایی محصول نهایی ایفا کنند.

در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی و نیاز روزافزون به کاهش وزن قطعات افزایش مقاومت اتصالات و بهینه سازی فرایندهای تولید اهمیت انتخاب روش مناسب جوشکاری بیش از پیش احساس می شود. شناخت مزایا و محدودیت های هر روش به مدیران تولید و مهندسان کنترل کیفیت کمک می کند تا تصمیمات درستی درباره انتخاب تکنیک جوشکاری بگیرند و در نتیجه محصولاتی با کیفیت بالاتر و هزینه مناسب تر تولید کنند.

جوشکاری لیزری چیست و چگونه دقت بالای آن حاصل می شود؟

جوشکاری لیزری با استفاده از پرتوی متمرکز لیزر عمل می کند که می تواند انرژی خود را در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز کند و با حرارت بالا قطعات فلزی را به هم ذوب و متصل نماید. این ویژگی باعث می شود حجم ماده ی ذوب شده به شدت کنترل شود و خطوط جوش بسیار نازک و همگن باشند. در نتیجه دقت و ظرافت در اتصالات لیزری به مراتب بالاتر از بسیاری روش های جوشکاری سنتی از جمله جوشکاری نقطه ای است.

نکته کلیدی در دستیابی به دقت بالا در جوشکاری لیزری کنترل دقیق پارامترهایی مانند توان لیزر سرعت حرکت پرتوی لیزر و فاصله کانونی پرتو است. دستگاه های پیشرفته لیزری امکان تنظیم پارامترهای فرآیند را در محدوده های بسیار دقیق فراهم می کنند و در نتیجه میزان خطا در اتصالات تا حد زیادی کاهش می یابد. به همین دلیل جوشکاری لیزری در صنایعی که حساسیت ابعادی و ظرافت ظاهری اتصالات اهمیت دارد کاربرد زیادی پیدا کرده است.

مقایسه روش های آماده سازی قطعه در جوشکاری لیزری و نقطه ای

برای آماده سازی قطعات در جوشکاری لیزری سطح فلز باید تمیز و عاری از هرگونه آلودگی باشد. زیرا حضور روغن گرد و خاک یا زنگ زدگی می تواند بر کیفیت جوش تأثیر منفی بگذارد و باعث ایجاد ترک یا تخلخل در محل جوش شود. علاوه بر این در برخی موارد نیاز به تراشکاری دقیق یا تنظیمات ابعادی وجود دارد تا تماس بین قطعات با تلرانس پایین و بیشترین میزان انطباق برقرار شود.

از سوی دیگر در جوشکاری نقطه ای اگرچه تمیزی سطح قطعات نیز اهمیت دارد اما حساسیت آن نسبت به آلاینده های سطحی معمولاً کمتر از روش لیزری است. لذا در فرایند آماده سازی جوش نقطه ای ممکن است تمرکز کمتری بر حذف کامل ناخالصی ها صورت گیرد. با این حال اگر صفحات بسیار نازک یا حساس جوش داده شوند تمیزی سطح به همان اندازه در افزایش کیفیت جوش اهمیت دارد.

عوامل مؤثر بر کیفیت و دقت جوشکاری نقطه ای

در جوشکاری نقطه ای الکترودها در محل اتصال دو قطعه فلزی فشار وارد کرده و جریان الکتریکی شدیدی از محل تماس عبور می کند. در نتیجه فلز در محل تماس ذوب می شود و با اعمال فشار اتصال شکل می گیرد. از مهم ترین عوامل مؤثر بر کیفیت و دقت این فرآیند می توان به قدرت الکترودها زمان عبور جریان میزان فشار اعمالی و تمیزی سطح قطعه اشاره کرد.

تنظیم مناسب این متغیرها مانع از ایجاد پدیده های نامطلوبی نظیر اکسیداسیون شدید حفره یا ترک در محل اتصال می شود. در عین حال اگر این عوامل به درستی مدیریت نشود نقاط جوش ممکن است استحکام مکانیکی لازم را نداشته باشند و به مرور زمان دچار شکست یا ترک شوند. در نتیجه توجه به دقت در تعیین پارامترهای جوشکاری نقطه ای مخصوصاً در تولید انبوه از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

مزایا و محدودیت های جوشکاری لیزری در تولیدات فلزی

یکی از مهم ترین مزایای جوشکاری لیزری دقت بالا و کاهش تاثیر حرارتی در قطعات است. زیرا پرتوی لیزر فقط بخش کوچکی از فلز را ذوب می کند و در نتیجه منطقه تحت تاثیر حرارت (HAZ) محدود بوده و تغییر شکل قطعه پس از جوش به حداقل می رسد. این مزیت به ویژه در صنایع هوافضا الکترونیک و تجهیزات پزشکی کاربرد دارد که در آن ها ابعاد دقیق و حداقل اعوجاج بسیار اهمیت دارد.

با این حال هزینه خرید و نگهداری دستگاه های جوشکاری لیزری نسبتاً بالاست. نیاز به مهارت و تخصص نیروی انسانی برای راه اندازی و نگهداری این ماشین آلات نیز یکی از محدودیت های مهم در استفاده از این روش محسوب می شود. علاوه بر این ضخامت قطعات قابل جوشکاری با لیزر همواره محدودیت هایی دارد و برای قطعات خیلی ضخیم یا نیازمند عمق جوش زیاد روش های سنتی ممکن است مقرون به صرفه تر باشند.

معایب جوشکاری لیزری

اگرچه جوشکاری لیزری دارای مزایای قابل توجهی است اما برخی معایب نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند. معایب جوشکاری لیزری عبارت اند از: 

1. هزینه بالای تجهیزات: دستگاه‌های جوشکاری لیزری معمولاً قیمت بالایی دارند و سرمایه‌گذاری اولیه قابل توجهی را می‌طلبند. علاوه بر این هزینه‌های نگهداری و تعمیرات نیز ممکن است بالا باشند.

2. نیاز به نیروی کار متخصص: راه‌اندازی و بهره‌برداری موثر از دستگاه‌های جوشکاری لیزری نیازمند کارکنانی با مهارت و تخصص بالا است. آموزش نیروها می‌تواند زمان‌بر و هزینه‌بر باشد.

3. محدودیت در ضخامت قطعات: جوشکاری لیزری برای قطعات با ضخامت‌های بسیار زیاد ممکن است مناسب نباشد. در مواردی که نیاز به عمق جوش زیاد است روش‌های سنتی جوشکاری می‌توانند مقرون به صرفه‌تر و کارآمدتر باشند.

4. حساسیت به شرایط محیطی: جوشکاری لیزری به شرایط محیطی خاصی نیاز دارد. گرد و غبار رطوبت و سایر آلودگی‌های محیطی می‌توانند کیفیت جوش را تحت تأثیر قرار دهند و نیازمند کنترل دقیق محیط کار هستند.

5. ایمنی و خطرات مربوط به تابش لیزر: پرتو لیزر می‌تواند برای چشم‌ها و پوست آسیب‌زا باشد. استفاده از تجهیزات حفاظتی مخصوص و رعایت دستورالعمل‌های ایمنی ضروری است تا از بروز حوادث جلوگیری شود.

6. نیاز به تنظیمات دقیق: برای دستیابی به کیفیت مطلوب جوش تنظیم دقیق پارامترهای لیزر مانند توان سرعت حرکت پرتوی لیزر و فاصله کانونی ضروری است. این موضوع می‌تواند زمان‌بر و پیچیده باشد به ویژه در محیط‌های تولیدی با تغییرات مداوم.

7. محدودیت در نوع مواد قابل جوش: برخی مواد فلزی ممکن است به خوبی با جوشکاری لیزری جوش داده نشوند یا نیاز به تنظیمات خاصی داشته باشند. این محدودیت می‌تواند انتخاب روش جوشکاری را در پروژه‌های خاص محدود کند.

8. تأثیر محدود منطقه تحت حرارت (HAZ): اگرچه یکی از مزایای جوشکاری لیزری کاهش منطقه تحت حرارت است اما در برخی موارد ممکن است این منطقه به طور کامل حذف نشود و باعث تغییرات ناخواسته در خواص مکانیکی مواد شود.

با در نظر گرفتن این معایب انتخاب روش جوشکاری مناسب باید با توجه به نیازهای خاص پروژه نوع مواد هزینه‌های موجود و شرایط تولید انجام شود تا بهترین نتیجه حاصل گردد.

هزینه ها و زمان مورد نیاز در جوشکاری لیزری در مقایسه با نقطه ای

سرمایه گذاری اولیه برای نصب و راه اندازی تجهیزات جوشکاری لیزری بیشتر از جوشکاری نقطه ای است. قیمت دستگاه لیزر صنعتی بسته به توان و تکنولوژی به کار رفته بسیار متغیر است اما در اکثر موارد هزینه قابل توجهی را به واحد تولیدی تحمیل می کند. با این حال در صورت نیاز به تولید انبوه و باکیفیت بالا هزینه های بالای اولیه ممکن است با افزایش سرعت و کاهش ضایعات جبران شود.

جوشکاری نقطه ای از نظر زمان اجرای فرایند معمولاً سریع است و در خط تولید انبوه به سادگی با سیستم های اتوماتیک هماهنگ می شود. در مقابل جوشکاری لیزری با وجود سرعت بالای ذوب گاهی نیاز به تنظیمات حساس و جابه جایی دقیق پرتوی لیزر دارد که ممکن است زمان آماده سازی را طولانی تر کند. با این وجود در صنایعی که ظرافت و دقت ملاک اصلی است زمان بیشتر آماده سازی در برابر کیفیت بالاتر محصول می تواند قابل توجیه باشد.

تکنولوژی های نوین در بهبود دقت جوشکاری لیزری

یکی از پیشرفت های مهم در این حوزه استفاده از سیستم های اسکنر لیزری با سرعت بالا است که به وسیله آن می توان پرتوی لیزر را با دقتی در حد میکرومتر کنترل کرد. این سیستم ها اغلب به سنسورهای پیشرفته و نرم افزارهای تخصصی مجهز هستند که امکان پایش لحظه ای فرایند جوش و اعمال تغییرات لازم در پارامترهای لیزر را فراهم می کنند.

همچنین ترکیب تکنولوژی لیزر با روش های ترکیبی همچون جوشکاری لیزری-قوسی یا جوشکاری لیزری-نقطه ای در حال توسعه است. این رویکردها تلاش می کنند تا ضمن حفظ دقت بالای لیزر توان عملیاتی روش های سنتی را ارتقا دهند و در نتیجه به کیفیت و سرعت بالاتر دست یابند. به کارگیری چنین فناوری هایی در خطوط تولید پیشرفته می تواند تأثیر بسزایی بر بهبود راندمان و کاهش هزینه ها داشته باشد.

نکات ایمنی و الزامات نگهداری تجهیزات جوشکاری لیزری و نقطه ای

نکات مهم برای جوشکاری بدون نقص با دستگاه لیزر عبارت اند از:

هر دو روش جوشکاری لیزری و نقطه ای دارای خطرات بالقوه ای هستند. در جوشکاری لیزری خطر اصلی مربوط به تابش مستقیم یا انعکاس پرتو لیزر است که می تواند به چشم و پوست آسیب برساند. بنابراین استفاده از عینک ها و محافظ های نوری حائل های محافظ و رعایت دستورالعمل های ایمنی الزامی است.

در جوشکاری نقطه ای نیز خطراتی نظیر برق گرفتگی سوختگی و صدمه ناشی از فشار بالای الکترودها وجود دارد. برای نگهداری هر دو سیستم باید به صورت دوره ای تجهیزات بررسی شده و بخش های مکانیکی و الکترونیکی از جهت سلامت و عملکرد صحیح مورد ارزیابی قرار گیرند. همچنین تعویض قطعات مصرفی مانند الکترودهای جوش نقطه ای و لنزهای لیزر نیز باید مطابق برنامه ی زمانی مشخص صورت پذیرد.

 مقایسه کاربردهای صنعتی: از خودرو تا صنایع الکترونیک

در صنعت خودروسازی جوشکاری نقطه ای سال هاست که به عنوان روشی مقرون به صرفه و سریع برای اتصال صفحات فلزی بدنه خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. قابلیت اتوماسیون آسان این روش در خطوط تولید انبوه باعث شده تا همچنان محبوبیت خود را حفظ کند. با این حال در قسمت هایی از خودرو که نیازمند اتصال با دقت بالا یا طراحی خاص باشند جوشکاری لیزری کاربرد بیشتری پیدا می کند.

در صنایع الکترونیک و دستگاه های پزشکی هر دو روش بسته به نوع قطعه و حساسیت آن می توانند مورد استفاده قرار گیرند. با این تفاوت که در ساخت مدارهای حساس یا قطعات ریز دقت و کمترین میزان آسیب حرارتی اهمیت زیادی دارد و بنابراین جوشکاری لیزری انتخاب مناسب تری است. اما اگر هدف تولید انبوه و کاهش هزینه باشد جوشکاری نقطه ای همچنان گزینه کاربردی تری خواهد بود.

جمع بندی نهایی: کدام روش جوشکاری برای کسب وکار شما مناسب تر است؟

انتخاب بین جوشکاری لیزری و نقطه ای تا حد زیادی به نیازهای فنی اقتصادی و مهندسی پروژه بستگی دارد. اگر دقت بالا ظاهر ظریف و میزان اعوجاج حداقلی برای شما مهم است و از عهده هزینه های بالاتر تجهیز و نیروی متخصص برمی آیید جوشکاری لیزری بهترین گزینه خواهد بود. به خصوص در صنایعی که محصولات ارزش افزوده ی بالایی دارند یا حساسیت زیادی روی کیفیت جوش اعمال می شود این روش ترجیح داده می شود.

در مقابل اگر میزان تولید بالاست و قطعات ضخامت های متعارف دارند و ملاحظات اقتصادی در اولویت قرار دارند جوشکاری نقطه ای روش مقرون به صرفه تری است که هم سرعت خوبی دارد و هم راه اندازی و اتوماسیون آن ساده تر است. با در نظر گرفتن این عوامل می توان روش ایده آل جوشکاری را با توجه به شرایط ویژه هر صنعت و محصول انتخاب کرد و از مزایای آن برای دستیابی به بالاترین کیفیت و کمترین هزینه بهره برد.