اللحام بالليزر عالي الدقة للتصنيع

يمثل اللحام بالليزر، وهو عملية لحام تعتمد على الطاقة المشعّة لإدخال الحرارة، تحوّلًا جذريًا في تحقيق وصلات دقيقة وفعّالة بشكل عالٍ، ويتمتّع بمزايا واضحة جعلته في طليعة التصنيع المتقدم. وباستنادًا إلى آلية تشكيل بركانه المصهورة،  لحام بالليزر واللحام العميق لحام بالليزر . إن الاختلاف الأساسي بين النوعين يكمن في حالة البركة المصهورة: حيث يحافظ الأول على سطح البركة المصهورة مغلقًا، بينما يخترق شعاع الليزر البركة المصهورة في النوع الثاني مكوّنًا ثقبًا مفتاحيًا.

اللحام بالليزر في وضعية التوصيل: انصهار سطحي لتطبيقات مستقرة ومتعددة الاستخدامات

يعمل لحام الليزر في وضع التوصيل بكمية طاقة نموذجية أقل من 105 واط / سم 2 ، ويتم تعريفه بعمق الذوبان الضحل وخصائص نسبة العمق إلى العرض الصغيرة التي تجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب تسخينًا لطيفًا وم

مبدأ عملها يعتمد على التوصيل الحراري: عند امتصاص طاقة شعاع الليزر ، فإن قطعة العمل تنقل الحرارة إلى الداخل من خلال التوصيل. من خلال ضبط المعلمات الدقيقة مثل عرض الليزر النبض والطاقة ، يتم تحقيق ذوبان محلي أو كامل للقطعة المقطوعة ، مما يخلق منطقة صهر محددة. بينما يتحرك شعاع الليزر على طول مسار اللحام ، تبرد هذه المنطقة المنصهرة وتتصلب تدريجياً ، وتشكل خيطًا ثابتًا لللحام.

بفضل توافقه مع مجموعة واسعة من المواد والاستقرار الاستثنائي لحمام اللحام المنصهر، أصبح لحام الليزر بوضعية التوصيل (Conduction Mode) عنصراً أساسياً في الصناعات الرئيسية مثل تصنيع الإلكترونيات وإنتاج السيارات والهندسة الميكانيكية العامة، وهو يدعم العمليات الحيوية بدءاً من وصل المكونات الدقيقة وصولاً إلى تجميع الهياكل الكبيرة.

اللحام العميق بليزر: وصلات عالية السرعة وبنسبة عمق إلى عرض عالية لتلبية الاحتياجات الثقيلة

على العكس من ذلك، يتطلب لحام الليزر العميق كثافة قدرة تزيد عن 10⁶ واط/سم². وميزة هذا النوع المميزة هي استخدام شعاع ليزر ذي قدرة عالية يسخّن ويذيب ويُبخر سطح القطعة؛ وتحت ضغط البخار الشديد، يتم تشكيل ثقب ضيق يُعرف بـ "الثقب المفتاحي" (Keyhole)، مما يمكّن من الانصهار العميق والمركّز. وهذا يُرجم إلى ميزتين حاسمتين: سرعات لحام فائقة السرعة و نسبة كبيرة بين العمق والعرض - مما يجعله ضروريًا لا غنى عنه في التصنيع الذي يشمل أقساماً سميكة أو يحتاج إلى إنتاجية عالية.

عندما تصل قدرة الليزر إلى 10⁶–10⁷ واط/سم²، فإن الطاقة الناتجة تفوق بكثير الحرارة المفقودة عبر التوصيل والحمل والإشعاع من قطعة العمل. ويؤدي ذلك إلى تبخر سريع لسطح المعدن، مُشكِّلًا تجويفًا مُفتوحًا (Keyhole)، بينما تتكون منطقة مُصهورة سائلة حول محيطه. وعندما تتحرك رأس الليزر بثبات في اتجاه اللحام، فإن المعدن المنصهر يملأ التجويف ويتماسك، مُكوِّنًا خيط لحام قوي ومتين قادرًا على تحمل إجهادات ميكانيكية أو حرارية شديدة.

الانصهار السطحي مقابل الثقب: أدوات مُكمِّلة تُشكِّل تطبيقات الصناعة

وبالإضافة إلى اللحام، فإن هذين الميكانيكيّن الليزريين الانصهار السطحي و ثقب منseite يُعدان تقنيات أساسية في مجالات معالجة الليزر الأوسع، وكل منهما مُصمم لتلبية احتياجات صناعية مُختلفة.

الانصهار السطحي : عند التعرض للضوء الليزري، يتم تسخين سطح المادة وصهرها بشكل محلي لتكوين بركة معدنية مغلقة. يتطلب هذا الإجراء تحقيق توازن بين "التجانس" و"الانصهار" على السطح، ويحتاج إلى تحديد دقيق لعوامل مثل قوة الليزر وسرعة المسح والبعد البؤري لضمان الدقة. تشمل الاستخدامات الرئيسية لهذا الإجراء طلاء المعادن (لمقاومة التآكل أو البلى)، وإصلاح المواد (مثلاً إصلاح العيوب السطحية في مكونات الطائرات والفضاء)، وتصنيع القطع المخصصة.

ثقب منseite : يخترق الشعاع الليزري سطح المادة، مُشكِّلًا ثقبًا أو أكثر يسمح بتحويل الطاقة مباشرة إلى داخل المادة. وبما أن البؤرة الليزرية تتغير باستمرار أثناء المعالجة، يجب التحكم بدقة في العوامل مثل موقع الشعاع وقوته وسرعة المسح. تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في التصنيع الدقيق (مثلاً تشكيل فتحات صغيرة في الأجهزة الطبية)، وفي الطب الحيوي (إزالة الأنسجة بدقة)، وفي تصنيع الحساسات (حفر ثقوب دقيقة لنقل الإشارات).

الابتكار يُحرك النمو المستقبلي: طرق معالجة بالليزر جديدة في الأفق

مع تطور تقنية الليزر، تستمر الحدود لما هو ممكن في التوسع. يعمل القادة في الصناعة والباحثون على تطوير طرق معالجة جديدة لفتح آفاق أكبر من التعقيد والكفاءة: تعديل شكل حزمة الليزر أو استقطابها لتعزيز الدقة، واعتماد أنظمة الليزر المتعدد لمعالجة متعددة المناطق في وقت واحد، أو دمج هياكل النفث المتعددة لتحسين توزيع الحرارة. وتشير هذه الابتكارات إلى أنها ستساهم في تلبية احتياجات لم تُلبَّ بعد - من التصنيع الدقيق للغاية على المستوى المجهرى إلى التصنيع الإضافي على نطاق واسع - مما يعزز أكثر من دور معالجة الليزر كركيزة أساسية في التصنيع الذكي والمستدام.

لحام الليزر - ركيزة لا غنى عنها في التصنيع الحديث

في صميمها، لحام الليزر هو عملية تحويل: تمتص قطع العمل المعدنية الطاقة العالية للليزر وتذوب وتمتزج لتشكل خيوط لحام مستقرة. وقد جعلت مزيجه الفريد من الدقة والكفاءة والتنوع من هذه التقنية لا غنى عنها في التصنيع الحديث، حيث تدفع التقدم في خفّة السيارات، والابتكار في الفضاء، والتقنيات الإلكترونية المصغرة، وغيرها. ومع تصاعد الطلب على تصنيع أسرع وأكثر استدامةً وأداءً، فإن لحام الليزر والتكنولوجيا المشتقة منه مُعدّتان للعب دور أكثر أهمية في تشكيل مستقبل الصناعة.