עם הפופולריות של רתכי לייזר כף יד בתעשייה, אנשים רוצים לדעת יותר על ריתוך לייזר. מאמר זה מתאר שני מצבי ריתוך בלייזר שונים ואת הגורמים המשפיעים על יעילות ריתוך הלייזר.
ניתן להשיג ריתוך בלייזר באמצעות קרן לייזר רציפה או פועמת, וניתן לסווג אותו כריתוך העברת חום או ריתוך היתוך עמוק בלייזר המבוסס על עקרון ריתוך הלייזר. להלן תיאור של שני מצבי ריתוך לייזר אלה.
ריתוך הולכת חום
ריתוך הולכת חום כרוך בהפצת חום לתוך חומר העבודה על ידי העברת חום. חומר העבודה מותך ונוצר בריכת היתוך ספציפית על ידי שליטה בפרמטרי הלייזר כגון רוחב, אנרגיה, שיא הספק ותדירות החזרה של דופק הלייזר. מצב ריתוך לייזר זה מייצר תופעת התכה רק על פני הריתוך, החלק הפנימי של חומר העבודה אינו נמס לחלוטין ובעצם לא נוצר אידוי. עומק ההיתוך הרדוד ומהירות הריתוך האיטית לאחר הריתוך משמשים בעיקר לריתוך של חומרי מתכת דקים במהירות נמוכה.
ריתוך היתוך עמוק בלייזר
ריתוך היתוך עמוק בלייזר לא רק חודר לחלוטין את החומר, אלא גם מאדה את החומר ויוצר כמות גדולה של פלזמה. בשל החום הגבוה, יופיע חור מנעול בחזית בריכת ההיתוך. ריתוך היתוך עמוק הוא מצב ריתוך הלייזר הנפוץ ביותר בגלל אנרגיית הכניסה הגבוהה שלו, מהירות הריתוך הגבוהה ויחס העומק לרוחב הגדול. מכונות ריתוך בלייזר לריתוך ציוד וריתוך יריעות מתכות כוללות בעיקר ריתוך היתוך עמוק בלייזר.
לפרמטרים שונים של תהליך יש השפעות שונות על אפקט ריתוך הלייזר. שלושה גורמים שיש להם השפעה על אפקט ריתוך הלייזר מתוארים כאן.
כוח לייזר
קיים סף צפיפות אנרגית לייזר בריתוך בלייזר, שמתחתיו עומק ההיתוך רדוד, וברגע שמגיעים לערך זה או עוברים עליו, עומק ההיתוך גדל באופן משמעותי. רק כאשר צפיפות הספק הלייזר על חומר העבודה עולה על ערך הסף (תלוי בחומר), נוצרת פלזמה, אשר מסמנת את התייצבות של ריתוך היתוך עמוק.
אם עוצמת הלייזר מתחת לסף זה, מתרחשת רק התכה פני השטח של חומר העבודה, כלומר הריתוך ממשיך בסוג העברת חום יציב. וכאשר צפיפות הספק הלייזר קרובה לתנאים הקריטיים להיווצרות חורים קטנים, ריתוך היתוך עמוק וריתוך הולכה מתחלפים והופכים לתהליכי ריתוך לא יציבים, וכתוצאה מכך תנודות גדולות בעומק ההיתוך. בעת ריתוך היתוך עמוק בלייזר, כוח הלייזר שולט גם בעומק החדירה וגם במהירות הריתוך. באופן כללי, עבור קרן לייזר בקוטר מסוים, עומק ההיתוך גדל ככל שעוצמת הקרן עולה.
מהירות ריתוך
למהירות הריתוך יש השפעה רבה על עומק ההיתוך. הגדלת מהירות הריתוך תהפוך את עומק ההיתוך לרדוד יותר, אך מהירות נמוכה מדי תוביל להתכה מוגזמת של החומר ולריתוך דרך חומר העבודה. לכן, עבור כוח לייזר מסוים ועובי מסוים של חומר מסוים צריך להיות טווח מהירות ריתוך מתאים, ובו ניתן לקבל את ערך המהירות המתאים כאשר העומק המרבי של נמס.
גז מגן
תהליך ריתוך הלייזר משתמש לעתים קרובות בגזים אינרטיים כדי להגן על הבריכה המותכת, אשר ניתן להתעלם מהם כאשר ניתן לרתך חומרים מסוימים ללא קשר לחמצון פני השטח, אך לרוב היישומים הליום, ארגון וחנקן משמשים לעתים קרובות כדי להגן על חלק העבודה מפני חמצון במהלך הריתוך תהליך.
הליום אינו מיונן בקלות, מה שמאפשר ללייזר לעבור ולאנרגיית הקרן להגיע אל פני השטח של חומר העבודה ללא הפרעה. זהו גז המיגון היעיל ביותר המשמש בריתוך לייזר, אך הוא יקר יותר. הארגון זול יותר וצפוף יותר, ולכן הוא מגן טוב יותר. עם זאת, הוא רגיש ליינון פלזמה מתכת בטמפרטורה גבוהה וכתוצאה מכך מגן על חלק מהקרן מלהגיע לחומר העבודה, מפחית את כוח הלייזר האפקטיבי לריתוך וגם פוגע במהירות הריתוך ובעומק ההיתוך. חנקן הוא הסוג הזול ביותר של גז מיגון, אך אינו מתאים לסוגים מסוימים של ריתוך נירוסטה. זה נובע בעיקר מבעיות מתכות, כמו ספיגה, שלעיתים יוצרת נקבוביות באזור ההקפה.
הפונקציה השנייה של שימוש בגז מגן היא להגן על עדשת המיקוד בתוך אקדח ריתוך הלייזר מפני זיהום אדי מתכת וריזור של טיפות מותכות נוזליות. זה הכרחי במיוחד בריתוך לייזר בעוצמה גבוהה, כאשר הפליטה הופכת לעוצמתית מאוד. תפקידו השלישי של גז המגן הוא לפזר את מיגון הפלזמה המיוצר על ידי ריתוך לייזר בעוצמה גבוהה.
