بدون درز و قوی: چگونه دستگاه‌های جوش لیزری خودکار اتصالات بی‌عیب و با استحکام بالا ایجاد می‌کنند

چطور؟ ماشین لیزری اتوماتیک فناوری دقت و یکنواختی را فراهم می‌کند

دستگاه‌های جوش لیزری خودکار با استفاده از اتوماسیون یکپارچه و کنترل نوری پیشرفته به دقت بی‌نظیری دست می‌یابند.

یکپارچه‌سازی با سیستم‌های CNC و رباتیک برای اتوماسیون تمام‌عیار

این سیستم‌ها با کنترل‌کننده‌های CNC و ربات‌های شش محوره همگام‌سازی می‌شوند تا مسیرهای پیچیده جوشکاری را با تکرارپذیری ±0.02 میلی‌متر انجام دهند. مکانیزم‌های بازخورد حلقه بسته، پارامترهای جوشکاری را به‌صورت زمان واقعی تنظیم می‌کنند، تأخیرهای کالیبراسیون دستی را حذف نموده و زمان راه‌اندازی را نسبت به روش‌های سنتی تا 65٪ کاهش می‌دهند (گزارش صنعتی 2023).

اجزای اصلی: منبع لیزر، انتقال نوری و کنترل پرتو

• منابع لیزر فیبری : پرتوهای 1070 نانومتری را با نوسان توان کمتر از 0.5٪ تولید کنید
• اپتیک فوکوس دینامیک : حفظ ثبات قطر پرتو در محدوده ±5 میکرون در سراسر اشکال سه‌بعدی
• اسکنرهای گالوانومتری : امکان‌سازی موقعیت‌گذاری پرتو با سرعت 15 متر بر ثانیه برای ردیابی سریع درزها

A مطالعه پردازش لیزری 2024 تأیید می‌کند که سیستم‌های مجهز به شکل‌دهی تطبیقی پرتو، تخلخل جوش را در آلیاژهای آلومینیومی تا 92٪ کاهش می‌دهند.

همترازی هدایت‌شده با بینایی و موقعیت‌یابی قطعه در زمان واقعی

دوربین‌های CMOS با سرعت بالا و وضوح 25 میکرومتر بر پیکسل، سطوح قطعات را قبل از جوشکاری نقشه‌برداری می‌کنند، در حالی که سنسورهای مثلث‌سنجی لیزری موقعیت اتصالات را با فرکانس 1000 هرتز ردیابی می‌کنند. این سیستم دوگانهٔ تأیید، خطاهای تراز قطعات در محدوده ±1.5 میلی‌متر را در طول تولید با سرعت بالا جبران می‌کند.

طراحی ابزار و صفحات گیره‌گیری برای حداکثر دقت جوش

سیستم نگهداری مبتنی بر خلأ، تحمل تخت‌بودن 0.05 میلی‌متری را در سطوح کاری به وسعت 1 متر مربع حفظ می‌کند که برای جوشکاری تب‌های سلول باتری حیاتی است. قیدهای انعطاف‌پذیر آلیاژ مس، گرمای باقیمانده را پراکنده می‌کنند و از تغییر شکل حرارتی در مواد نازک در حین عملیات جوشکاری چندمرحله‌ای جلوگیری می‌کنند.

دستیابی به اتصالات با استحکام بالا و قابل اعتماد در کاربردهای سخت

استحکام جوش لیزری در تولید باتری خودروهای الکتریکی: داده‌های عملکرد و دوام

جوشکاری‌های لیزری که به صورت خودکار استفاده می‌شوند، می‌توانند اتصالاتی در جعبه باتری‌های لیتیوم-یون ایجاد کنند که استحکامی بالاتر از 450 مگاپاسکال دارند؛ این مقدار در مقایسه با روش‌های متداول جوشکاری مقاومتی بسیار قابل توجه است. مجله علم مواد این یافته را در سال 2023 منتشر کرد. عامل مؤثر بودن این لیزرها چیست؟ این لیزرها انرژی را دقیقاً به نقطه مورد نیاز تحویل می‌دهند و جوش‌هایی باریک اما عمیق ایجاد می‌کنند بدون آنکه به قطعات مجاور که به راحتی توسط حرارت آسیب می‌بینند، صدمه بزنند. سازندگان خودرو نیز این سیستم‌ها را به طور گسترده آزمایش کرده‌اند. نتایج آن‌ها نشان می‌دهد که حدود 98.6 درصد موفقیت در اولین تلاش برای جوشکاری ترمینال‌های باتری وجود دارد، حتی پس از تحمل بیش از پانصد هزار چرخه ضربه دمایی از شرایط یخبندان با منفی 40 درجه سانتی‌گراد تا شرایط داغ با 85 درجه سانتی‌گراد.

اتصال دقیق الکترونیک‌های با تراکم توان بالا با حداقل تأثیر حرارتی

نگه داشتن ورودی حرارتی زیر 35 ژول بر میلی‌متر در استفاده از جوشکارهای لیزری خودکار بسیار ضروری است، زیرا به حفظ یکپارچگی نیمه‌هادی‌ها در ماژول‌های توان کمک می‌کند. در عین حال، این سیستم‌ها قادر به تولید درزهای جوش با زبری سطحی به اندازه 0.12 میکرومتر هستند. سطح کنترل بالا تفاوت بزرگی در مونتاژهای بوسبار ایجاد می‌کند، جایی که مقاومت تماسی به طور مداوم زیر 0.8 میلی‌اهم باقی می‌ماند. این موضوع برای سیستم‌های باتری خودروهای الکتریکی ولتاژ بالا 800 ولت که به اتصالات قابل اعتماد نیاز دارند، اهمیت زیادی دارد. تجهیزات مدرن امروزه قابلیت نوسان پرتو به صورت زمان واقعی را دارند که فرکانس آن به حدود 2000 هرتز می‌رسد. این ویژگی در جبران تغییرات کوچک قطعات در طول تولید واقعاً عالی عمل می‌کند و در شرایطی که سطوح کاملاً ایده‌آل نیستند — که در محیط‌های تولیدی رایج است — درزهای آب‌بندی کامل ایجاد می‌کند.

مطالعه موردی: جوش‌های با استحکام بالا در شرکت Yangjiang Jianheng Intelligent Equipment Co., Ltd.

یک تولیدکننده پیشرو چینی دقت مکانیابی 0.08 میلی‌متری را در 12,000 نقطه جوشکاری روزانه در خطوط تولید اینورتر با استفاده از سیستم‌های لیزری هدایت‌شده توسط بینایی ماشین نشان داد. اتصالات ترکیبی آلومینیوم-مس آنها نشان داد:

آزمون‌های پس از تولید، 99.4% یکپارچگی اتصالات را پس از شبیه‌سازی پیر شدن معادل 15 سال نشان داد که قابلیت اطمینان بلندمدت در محیط‌های سخت عملیاتی را تأیید می‌کند.

کاهش تغییر شکل و مناطق تحت تأثیر حرارت از طریق فرآیند بدون تماس

مزایای منطقه تحت تأثیر حرارت بسیار کم (HAZ) برای یکپارچگی اتصال و خواص مواد

بر اساس تحقیق پونمون از سال 2023، دستگاه‌های جوشکاری لیزری به‌صورت خودکار اتصالاتی ایجاد می‌کنند که حدود 40٪ کمتر از روش‌های سنتی جوشکاری قوسی تغییر شکل نشان می‌دهند. آنها این کار را با متمرکز کردن انرژی در پرتوهایی به عرض کسری از یک میلی‌متر انجام می‌دهند. نتیجه چیست؟ گرما تنها به میزان 0.1 تا 0.3 میلی‌متر در ماده نفوذ می‌کند که این امر به حفظ یکپارچگی مواد اولیه مورد استفاده در کاربردهایی مانند درب‌بندی باتری‌های لیتیومی یا کار با آلیاژهای صنعت هوافضا کمک می‌کند. با نگاه به اعداد و ارقام، گزارش عملکرد مواد 2024 چیزهای قابل توجهی نیز نشان داد. هنگام آزمایش اتصالات تیتانیومی که با لیزر جوشکاری شده بودند، تقریباً 98٪ از استحکام کششی اولیه خود را پس از جوشکاری حفظ کردند. چنین میزان حفظ استحکامی اهمیت زیادی دارد وقتی با قطعاتی سروکار دارید که در طول زمان تحت تنش قرار می‌گیرند. و صحبت از نقاط تنش، منطقه تحت تأثیر حرارت بسیار کمی که توسط این سیستم‌ها ایجاد می‌شود، قبل از شروع چندین مشکل را متوقف می‌کند.

• تغییرات ساختار دانه در آلیاژهای نیکل (کاهش نقاط آغاز ترک)
• تغییرات سختی بیش از ±5 راکول سی در فولادهای ابزار
• تغییر شکل پلاستیکی در ورق‌های خودرویی با ضخامت کم

عدم تماس بودن ماشین لیزری اتوماتیک سیستم‌ها و سازگاری با قطعات حساس

عدم وجود سایش الکترود یا نیروی مکانیکی، امکان جوشکاری سنسورهای MEMS و ایمپلنت‌های پزشکی را بدون آسیب به سطح فراهم می‌کند. یک مطالعه فرآیند لیزری نشان داد که تکرارپذیری موقعیتی 0.002 میلی‌متر هنگام اتصال کانکتورهای روکش‌دار با طلا وجود دارد – چیزی که با روش‌های اولتراسونیک غیرممکن است. کاربردهای کلیدی از این روش بدون تماس بهره می‌برند:

این پایداری فرآیند امکان جوشکاری ورق‌های منیزیم به ضخامت ۵۰۰ میکرومتر را بدون نیاز به رهایی از تنش پس از فرآیند فراهم می‌کند و زمان چرخه تولید در تولید انبوه را تا ۶۵٪ کاهش می‌دهد.

به حداکثر رساندن سرعت، کارایی و کنترل کیفیت در تولید انبوه

قابلیت‌های جوشکاری سریع برای خطوط تولید خودکار

سیستم‌های مدرن جوشکاری لیزری خودکار زمان چرخه‌ای کمتر از ۰٫۵ ثانیه به ازای هر اتصال را به دست می‌آورند و امکان ادغام بدون درز با خطوط تولید با حجم بالا را فراهم می‌کنند. این سرعت پردازش سریع، تولید بیش از ۱۲۰۰ قطعه در ساعت را پشتیبانی می‌کند و در عین حال دقت موقعیتی را در محدوده ±۰٫۰۲ میلی‌متر حفظ می‌کند، حتی برای هندسه‌های پیچیده مانند اتصالات بین سلول‌های باتری یا پوسته‌های الکترونیک قدرت.

پایش لحظه‌ای و تضمین کیفیت در حین فرآیند در ماشین لیزری اتوماتیک سیستم ها

جدیدترین فناوری نظارت بر جوشکاری، تصویربرداری حرارتی مادون قرمز را با تکنیک‌های تحلیل طیفی ترکیب می‌کند تا عمق جوش را کنترل کرده و سرعت‌های سرد شدن را با حدود ده هزار خوانش در ثانیه پیگیری کند. هنگامی که این سیستم‌ها انحرافی را تشخیص می‌دهند، تقریباً بلافاصله — در عرض تنها پنج میلی‌ثانیه — توان لیزر را تنظیم می‌کنند؛ که بر اساس تحقیقات منتشر شده در مجله Welding in the World در سال 2025، این امر مشکلات حفره‌داری را در مقایسه با سیستم‌های قدیمی حلقه باز، تقریباً به میزان دو سوم کاهش می‌دهد. در همین حال، سیستم‌های خودکار دنباله‌روی مسیر جوش نیز در طول عملیات تولید مداوم و شبانه‌روزی، دقت بالایی در راستایی حفظ می‌کنند و انحرافی معادل حدود پانزده میکرون نسبت به موقعیت مطلوب دارند.

کاهش نقص‌ها تا ۴۰٪ از طریق کنترل فرآیند مبتنی بر داده

سیستم‌های مدرن یادگیری ماشین به مواردی مانند گواهی‌های مواد، نحوه تشکیل شکاف بین اتصالات و پارامترهای جوشکاری در گذشته نگاه می‌کنند تا نقص‌های احتمالی را حتی قبل از شروع فرآیند جوشکاری شناسایی کنند. مطالعات اخیر در بهینه‌سازی تولید انبوه نشان داده‌اند که ترکیب دستگاه‌های جوش لیزری خودکار با تنظیمات هوشمند انرژی، مشکلات پاشش را حدود ۴۰ درصد کاهش می‌دهد. توانایی سیستم در سازگاری، ناحیه تحت تأثیر حرارت در اتصالات مس-نیکل را تقریباً ۲۲ درصد کاهش می‌دهد، در حالی که سطح استحکام همچنان به‌خوبی بالاتر از ۴۵۰ مگاپاسکال حفظ می‌شود. این موضوع برای صنایعی که کیفیت در آن‌ها غیرقابل مذاکره است بسیار مهم است، به‌ویژه در ساخت قطعات هواپیما و باتری خودروهای الکتریکی (EV) که قابلیت اطمینان نمی‌تواند مورد compromise قرار گیرد.

‫سوالات متداول‬

• اجزای اصلی یک سیستم جوشکار لیزری خودکار چیست؟
  این اجزا شامل منابع لیزر فیبری، اپتیک‌های فوکوس پویا و اسکنرهای گالوانومتری هستند.
• این فناوری چگونه دقت بالا را تضمین می‌کند؟
  از طریق ادغام با سیستم‌های کنترل عددی کامپیوتری (CNC) و رباتیک، و مکانیزم‌های بازخورد لحظه‌ای که پارامترهای جوشکاری را تنظیم می‌کنند.
• مزایای استفاده از دستگاه‌های جوشکاری خودکار لیزری چیست؟
  این دستگاه‌ها اتصالات با استحکام بالا، مناطق تحت تأثیر حرارت بسیار کم و سازگاری با قطعات حساس را فراهم می‌کنند.
• این سیستم‌ها چگونه به کنترل کیفیت کمک می‌کنند؟
  با ارائه نظارت لحظه‌ای، کاهش نقص‌ها از طریق کنترل‌های مبتنی بر داده و حفظ کیفیت یکنواخت در تولید انبوه.