אנציקלופדיה של ידע בריתוך: דיון קצר על סיווג
ותהליכי ריתוך של ריתוך לייזר
בייצור תעשייתי, ריתוך בלייזר מיושם זה מכבר בתחומי התעופה והחלל,ריתוך בדיוק גבוה, וריתוך חומרים מיוחדים. עם התפתחות התעשייה והתקדמות הטכנולוגיה, ריתוך בלייזר נמצא כיום בשימוש גובר בריתוך של חומרים רגילים. היום נדון בסיווג ריתוך הלייזר. ריתוך בלייזר הוא שיטת ריתוך יעילה ומדויקת המשתמשת בקרן לייזר בעלת צפיפות אנרגיה גבוהה כמקור חום כדי לחבר חומרים יחד. יש לו יתרונות רבים, כגון מהירות ריתוך מהירה, עיוות קטן, דרישות נמוכות לסביבת הריתוך, צפיפות הספק גבוהה, ללא השפעה משדות מגנטיים, ללא הגבלה לחומרים מוליכים, ללא צורך בתנאי עבודה בוואקום, וללא יצירת קרני רנטגן במהלך תהליך הריתוך.
ניתן לסווג ריתוך בלייזר מנקודות מבט שונות:
- סיווג לפי מצב אנרגיית פלט לייזר:
- ריתוך לייזר רציף: צורת ריתוך רציפה ובלתי פוסקת נוצרת במהלך תהליך הריתוך.
- ריתוך לייזר פועםמכיוון שכניסת האנרגיה לפני השטח של החלק המרותך היא לסירוגין, כל נקודת אור פועמת פועלת על פני השטח של חומר העבודה המרותך ויוצרת נקודת ריתוך מעגלית. ניתן להשיג צורות ריתוך שונות בהתאם לפרמטרים שונים של הלייזר.
- סיווג לפי צפיפות ההספק של נקודת הלייזר הממוקדת:
- ריתוך באמצעות הולכת חום בלייזר: צפיפות ההספק נמוכה יחסית, בדרך כלל פחות מ-10⁵ W/cm². הלייזר מעביר אנרגיה לפני השטח של חומר העבודה המרותך, ומחמם את פני המתכת לטמפרטורה שבין נקודת ההיתוך לנקודת הרתיחה. חום מועבר לחלק הפנימי של המתכת באמצעות הולכת חום ליצירת ריתוך, בדומה לריתוך אינרטי של טונגסטן.ריתוך בגז (TIG).
- ריתוך חדירה עמוקה בלייזר (ריתוך חור מנעול): כאשר צפיפות הספק הלייזר הפועלת על פני המתכת גדולה מ-10⁵ W/cm², קרן הלייזר בעלת ההספק הגבוה פועלת על פני חומר המתכת, וגורמת להמסה מקומית ויצירת "חור מנעול". קרן הלייזר חודרת אל פנים בריכת המותך דרך "חור המנעול" ויוצרת ריתוך.
- סיווג לפי מצב בקרה:
- מכונת ריתוך לייזר ידנית
- מכונת ריתוך לייזר אוטומטית
- מכונת ריתוך לייזר Galvo
- סיווג לפי סוג לייזר:
- מכונת ריתוך לייזר YAG
- מכונת ריתוך לייזר מוליכים למחצה
- מכונת ריתוך לייזר סיב
1. ריתוך לייזר מעופף
ריתוך בלייזר מעופף משלב את היתרונות של ריתוך מרחוק, גלוונומטרים ומניפולטורים, ומצויד בתוכנת עיבוד גרפיקה מקצועית כדי להשיג ריתוך רב-מסלולי מיידי במרחב תלת-ממדי.
יישומים עיקריים:
הוא מיושם על מוצרים כגון מרכבי רכב, מושבים וחלקי רכב נפוצים. מבחינת חומרים, ניתן להשתמש בו עבור מגוון חומרים נפוצים כמו לוחות פלדה, לוחות מגולגלים בקור וסגסוגות אלומיניום, כמו גם חומרים מרוכבים וחומרי סגסוגת כגון סגסוגות מגנזיום-אלומיניום.
★ יתרונות:
- תואם לכל צורת ריתוך
- מתאים לכל כיוון ריתוך
- פיזור ריתוך/נקודתי מוגדר על ידי המשתמש
- פיזור מתח אופטימלי
- מסוגל לריתוך נקודתי במהירות גבוהה, ריתוך תפר, ריתוך חפיפה, ריתוך קת, ריתוך פילה וריתוך חפיפה
- סנכרון בזמן אמת בין ראש הריתוך לרובוט להאצת תהליך ריתוך הלייזר
- דרישת שטח רצפה קטנה יותר
- עלויות תחזוקה ולוגיסטיקה נמוכות יותר
2. ריתוך לייזר ספירלי
זוהי שיטת ריתוך לייזר עם תנודת לייזר כפולה, המבוצעת על ידי התקנת מודול תנודה מיוחד בראש הריתוך. זה מאפשר לנקודת האור הממוקדת ליצור ריתוך ספירלי בזמן שראש הריתוך נע.
יישומים עיקריים:
ריתוך צירים, מחליפי חום, מחליפי חום צינורות, ריתוך צינורות עבים בתעשיית הנפט והגז הטבעי, ריתוך אוגנים וריתוך סגסוגות אלומיניום ועוד.
★ יתרונות:
- ריתוך רחב יותר
- חזרתיות עיבוד/יציבות תהליך גבוהה במיוחד
- יצירת ריתוך טובה יותר
- עיבוד פשוט יותר לאחר מכן ומשטח חלק יותר של חומר העבודה המולחם
- יכולת ריתוך מעולה של סגסוגות אלומיניום
3. הלחמת לייזר
הלחמת לייזר מתייחסת לשיטה המשתמשת במתכת מילוי בעלת נקודת התכה נמוכה מזו של מתכת הבסיס. מתכת המילוי להלחמה מחוממת לטמפרטורה גבוהה מנקודת ההיתוך שלה אך נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של מתכת הבסיס. מתכת המילוי הנוזלית להלחמה מרטיבה את מתכת הבסיס, ממלאת את פער החיבור ומתפזרת עם מתכת הבסיס כדי לממש את החיבור של החלקים המרותכים.
יישומים עיקריים:
ריתוך של מבני שלדת אלומיניום, כגון החיבור בין הגג לקיר הצדדי, ודלתות.
★ יתרונות:
- מפחית פגמים בריתוך לייזר טהור, כגון נקבוביות, סדקים ופערים מוגזמים של התאמה במוצרים
- משפר את חוזק הריתוך ומשיג חרוז ריתוך מושלם
- רק מתכת המילוי להלחמה נמסה במהלך ההלחמה, בעוד שמתכת הבסיס לא
- עיוות קטן של חיבורים מולחמים, מראה חלק ואסתטי, מתאים לריתוך מדויק, רכיבים מורכבים העשויים מחומרים שונים
- אזור קטן המושפע מחום וחוזק דחיסה גבוה
4. ריתוך מלא תיל לייזר
ריתוך בלייזר עם חוטים מלאים הוא שיטה המשתמשת במתכת מילוי בעלת חומר זהה או דומה למתכת הבסיס. מתכת הבסיס ומתכת המילוי להלחמה מותכים ולאחר מכן מתמצקים ליצירת ריתוך.
יישומים עיקריים:
ריתוך של כל חלקי מבנה הגוף של כלי רכב וחלקי רכב.
★ יתרונות:
- מפחית פגמים בריתוך לייזר טהור, כגון נקבוביות וסדקים
- משפר את שיעור ההסמכה של מוצרים מרותכים ומאפשר פערים גדולים מעט יותר בין מוצרים מרותכים
- מתכת הבסיס נמסה במהלך הריתוך, וחוזק הריתוך גבוה מזה של מתכת הבסיס
5. הלחמת תנודות
הוא משלב פונקציות עיצוב קרן ומעקב אחר ריתוך באותו ציוד דרך ALO3. ניתן להשתמש בחוט המילוי כחיישן מכני.
יישומים עיקריים:
הלחמת לייזר של גופים לבנים, הכוללת בעיקר הלחמת לייזר של כיסויי גג ומכסי תא מטען, כמו גם הלחמת חלקי רכב. תנודות בחלקים ושגיאות במתקנים מגבירות לעיתים קרובות את הקושי בהלחמת לייזר באופן משמעותי, מה שמוביל לקשה ביותר לאיתור שגיאות בתהליך ריתוך הלייזר. עם זאת, הלחמת תנודה יכולה להתאים ביעילות את כיוון הריתוך שלה. בעזרת פונקציות של מעקב ריתוך ופיצוי אוטומטי על אורך מוקד, היא מאפשרת לכוון ולמקד את קרן הלייזר בקלות, מממשת שינויי כיוון, בעלת אוטומציה גבוהה, מהירות ריתוך מהירה ויעילות גבוהה, ובכך שומרת על איכות הריתוך.
★ יתרונות:
- מעקב ריתוך לקביעת מסלול הריתוך של חומר העבודה בזמן אמת
- התאמה אדפטיבית של מסלול הריתוך בשלושת כיווני XYZ בהתאם לסטיות שונות של חומר העבודה כדי להשיג איכות ריתוך טובה
- משפר את קצב העקביות של ריתוך המוצר
6. הלחמת שלוש נקודות
מודול דו-נקודתי נוסף לעדשה. במהלך הריתוך, מודול שלוש הנקודות באופטיקה של ההלחמה מחלק קרן אחת לשלוש אלומות, ומספק פתרון להלחמת יריעות פלדה מגולוונות בטבילה חמה והופך את הריתוך לשטחי יותר ללא סדקים.
יישומים עיקריים:
הלחמת גופי רכב לבנים מסגסוגת אלומיניום, הלחמת לייזר של כיסויי גג ומכסי תא מטען, והלחמת חלקי רכב ועוד.
★ יתרונות:
- תהליך הלחמה יציב ואמין יותר
- מהירות גבוהה יותר
- חוזק גבוה יותר
- איכות מראה טובה יותר של ריתוכים מגולוונים בטבילה חמה
- תהליך ניקוי מקוון
- התאמת אנרגיה דינמית
7. ריתוך היברידי רב-אורכי גל
ריתוך היברידי רב-אורכי גלהוא תהליך ריתוך חדשני שפותח על ידי חברת לייזר ליאניינג. הוא משלב שתי קרני לייזר באורכי גל שונים, מה שגורם לצירים של שתי הקרניים לחפוף במרחב. לייזר אורכי הגל הראשי משמש בעיקר לריתוך, בעוד לייזר אורכי הגל המשני משמש בעיקר לחימום מוקדם של חוט הריתוך ומתכת הבסיס, מה שמפחית את קצב הקירור של המתכת המותכת בבריכת הריתוך. הוא מתאים במיוחד לסגסוגות אלומיניום, סגסוגות מגנזיום, סגסוגות נחושת וכו'.
★ יתרונות:
- מפחית את תכולת הנקבוביות
- משפר את יציבות חרוזי הריתוך ומגביר את יעילות הריתוך
- מקל ביעילות על עומס תרמי, מפחית סדקים, משפר את חוזק הריתוך ומקבל חרוזי ריתוך בעלי מראה אחיד יחסית.
לסיכום, כיום, בתעשיית הלייזר בכללותה, טכנולוגיות וציוד זרים עדיין תופסים את העמדה המובילה. הם מתקדמים באופן מקיף בכל ההיבטים, החל ממארחי לייזר וראשי עיבוד אופטיים ועד ציוד עזר כגון צ'ילרים, מדי הספק, ניטור תוך-ריתוך, בדיקה לאחר ריתוך ומכיילים של TCP. חברות מקומיות עושות כל מאמץ להדביק את הפער. עם זאת, בתחום יישומי ריתוך הלייזר, סין התקרבה יחסית לרמה המתקדמת הבינלאומית, עם מספר חברות איכותיות שצצו והשיגו תוצאות מצוינות.
זמן פרסום: 5 בספטמבר 2025
