تاریخچه

کشف لیزر به سالهای 1960 برمی‌گردد. اولین بار تولید لیزر از گاز CO2 در سال 1961 با طول موج 10/6mm توسط جوان، بِنِت و هیرت (Javan، Bennett، Hereto) صورت گرفت و در سال 1964 لیزر با طول موج 1/06mm از Nd:YA6 تولید شد.

از سال 1962 به بعد گزارشهای متعددی در زمینه کاربردهای متالورژیکی لیزر که شامل جوشکاری نیز می‌باشد، موجود است. تا سال 1970 از لیزرهای با توان بالا و پیوسته در جوشکاری استفاده نشد و از لیزرهای پالسی استفاده شد. مشخصه اصلی در جوشکاری لیزری و اشعه الکترونی توسط Ready در سال 1971 وجود حالت جوشکاری نفوذی یا (سوراخ کلیدی) در تابش لیزر گزارش شده‌است. در واقع ایجاد سوراخ کلید در فلزات، در شدّ‌تهای بالای لیزر (MW/cm3) است و در نتیجه سوراخ کلید نیاز به یک زمان کافی برای ایجاد شدن دارد و نمی‌تواند به آسانی در جوشکاری لیزری پالسی Overlap ایجاد شود. از سالهای 72ـ1971 به بعد استفاده از لیزرهای CO2 پیوسته این مسیر را تغییر داد. جوشهایی با نفوذ کامل در مقیاسهای بزرگ فولاد زنگ نزن مانند جوشهای اشعه الکترون در حالت سوراخ کلیدی ایجاد شدند. این تحقیقات در کشورهای ژاپن، آلمان و انگلستان انجام شدند. پیشرفتهای بعدی در جوشکاری لیزری CO2 بر بهینه‌سازی بیشتر، منابع لیزر، افزایش کیفیت باریکه لیزر و فهم اندر کنش طراحی اتصال، سرعت جوشکاری، تمرکز اشعه و اثرات پلاسما در جوش‌پذیری متمرکز شد. مطالعات در این زمینه تا توانهای KW15ـ12 ادامه یافته‌است. جوشکاری با Nd: YA6 به علّت کم بودن طول موج آن (1/06mm) و کاهش باز تابش از مواد فلزی استفاده بیشتری نسبت به CO2 می‌تواند داشته باشد. در سالهای آینده استفاده از لیزرهای دیودی (Diode) پیشرفتهای زیادی را در جوشکاری لیزری ایجاد خواهد کرد.

فرایند جوشکاری لیزر

جوشکاری لیزری تعادلی بین گرمایش و سرمایش در یک حجم مشخص از یک یا دو ماده جامد است که منجر به تشکیل ماده مذاب و انجماد آن می‌شود. مشخصه جوشکاری لیزری ایجاد ناحیه مذاب مایع بوسیله جذب شدّ‌ت اشعه‌است که این اجازه رشد و گسترش حوضچه مذاب به درون ناحیه فصل مشترک جامد را داده و در نتیجه یک اتصال پیوسته میان اجزایی که متصل خواهند شد ایجاد می‌شود. اتصالات ناموفق زمانیکه ناحیه مذاب خیلی بزرگ یا خیلی کوچک باشد و یا اگر تبخیر ماده پیش از حد باشد، اتفاق می‌افتد. کیفیت جوش متناسب با تبخیر عناصر آلیاژی، گرادیان حرارتی اعمالی که منجر به ترک انجماد می‌شود تحلیل می‌شود. عدم تعادل در حجم و مقیاس ناحیه جوش منجر به ایجاد تخلخل می‌شود. دستیابی به تعادل بین گرمای ورودی و خروجی به جذب ثابت تابش لیزر و توزیع یکنواخت گرما در قطعه کاری بستگی دارد. مسیر تابش لیزر به درون قطعه معمولاً بوسیله تجمع گازهای داغ در نقطه تمرکز لیزر مختل می‌شود. در شرایط خاص این گاز داغ به یک ابر پلاسما تبدیل می‌شود که شدیداً بر باریکه لیزر اثر گذاشته و آنرا جذب و پخش می‌کند. اولین مراحل تحقیق در جوشکاری لیزری، مشخص کردن پارامترهای مؤثر بر تعادل بین گرمایش و سرمایش و منطقه جوش و مذاب و جامد و تکرارپذیری جوش لیزری و توسعه روشهای کنترل این پارامترها است.