توسعه یک فناوری نوین جوشکاری لیزری را متحول می‌کند

به گزارش خبرگزاری آنا؛ محققان مؤسسه «فرانهوفر» آلمان موفق به توسعه فناوری جدیدی در حوزه جوشکاری شده‌اند که با بهره‌گیری از تکنیک «شکل‌دهی پویا به پرتو لیزر» (Dynamic Beam Shaping)، امکان ایجاد اتصالات مستحکم، بدون ترک‌خوردگی و با مصرف انرژی کمتر را فراهم کرده است. این نوآوری، کاربرد‌های گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا و فولاد سنگین دارد.

فناوری جدید آلمانی‌ها در صنعت خودروسازی، برای ساخت و آزمایش یک محفظه باتری آلومینیومی در مقیاس کامل به کار گرفته شده که نتایج آن نشان‌دهنده کاهش تخلخل و افزایش پایداری جوش‌ها بوده است. در بخش هوافضا نیز، جوشکاری مخازن بسته با استفاده از آلیاژ‌های آلومینیوم سری ۲۰۰۰ که به ترک‌های داغ حساس هستند با موفقیت انجام شده و اتصالاتی مقاوم و بدون نشتی حاصل شده است.

ضخامت دیوارۀ ساخته شده توسط محققان آلمانی تا ۵ میلی‌متر می‌رسد. در روش‌های سنتی، این ترکیب به دلیل حساسیت به ترک‌های داغ و تشکیل حفره، چالش‌برانگیز بود. اما فناوری جدید با استفاده از نوسان هدفمند پرتو لیزر، حوضچه مذاب را کنترل کرده و جوش‌هایی با پایداری متالورژیکی بالا ایجاد کرده است.

این روش در حوزه فولاد سنگین،  امکان جوشکاری پروفیل‌هایی با ضخامت بیش از ۲۰ میلی‌متر را فراهم کرده است. در یک آزمایش عملیاتی، بازوی جرثقیلی به طول چهار متر با استفاده از جوشکاری لیزری چندلایه و توان ۲۴ کیلووات ساخته شد که سطح جوشکاری آن با حداقل اعوجاج و بدون نیاز به صافکاری دستی شکل گرفت.

پروژه جدید محققان آلمانی با حمایت مالی بانک توسعه زاکسن (SAB) اجرا شده و قرار است در آینده در ساخت پل‌ها و کشتی‌ها نیز مورد استفاده قرار گیرد. فناوری جدید نه‌تنها موجب حذف مراحل پرهزینه پرداخت نهایی شده، بلکه امکان جوشکاری آلیاژ‌های دشوار و مقاطع ضخیم را نیز فراهم کرده است.

فناوری Dynamic Beam Shaping (DBS) نه‌تنها در سطح کاربردی تحول‌آفرین بوده، بلکه در سطح فنی نیز با بهره‌گیری از ترکیب چند فناوری پیشرفته، مرزهای جوشکاری سنتی را جابه‌جا کرده است. یکی از ارکان این فناوری، استفاده از اسکنرهای فرکانس بالا و مدولاسیون توان لیزر است که امکان کنترل دقیق رفتار حوضچه مذاب را فراهم می‌کند. این کنترل فعال، به تنظیم شکل و دمای حوضچه در لحظه جوشکاری منجر شده و از بروز ناپایداری‌های متداول مانند پاشش یا ترک جلوگیری می‌کند.

طی آزمایش‌های انجام‌شده توسط محققان فرانهوفر، از تصویربرداری پرتو ایکس درون‌فرایندی (Operando X-ray Tomoscopy) برای تحلیل رفتار حوضچه مذاب استفاده شده است. این روش تصویربرداری، امکان مشاهده لحظه‌ای تشکیل حباب‌ها، تخلخل و نوسانات دمایی را فراهم کرده و به بهینه‌سازی الگوریتم‌های کنترل پرتو کمک کرده است.

یکی دیگر از نوآوری‌های این فناوری، قابلیت جوشکاری ترکیبی آلیاژهای مختلف مانند آلومینیوم ریخته‌گری و اکسترود شده است. در آزمایش‌های انجام‌شده، اتصال Butt Joint بین آلیاژهای AW6082 و AC43500 با ضخامت ۳ میلی‌متر بدون استفاده از سیم‌جوش و با حداقل پاشش و اعوجاج انجام شده است. نتایج نشان داده‌اند که جوش‌های حاصل، از نظر خستگی مکانیکی (Fatigue Behavior) عملکرد بهتری نسبت به روش‌های سنتی داشته‌اند.

شکل‌دهی پویا به پرتو لیزر از منظر طراحی صنعتی،  امکان ایجاد اتصالات در سطوح سه‌بعدی و پیچیده را فراهم کرده است. این ویژگی به‌ویژه در ساخت مخازن چرخشی و قطعات با هندسه غیرخطی در صنایع هوافضا و خودروسازی اهمیت دارد. برخلاف جوشکاری قوس الکتریکی که در چنین شرایطی محدودیت دارد، فناوری DBS با کنترل دقیق مسیر پرتو، جوش‌هایی با استحکام بالا و اعوجاج کم ایجاد می‌کند.

پروژه فرانهوفر در حوزه ارزیابی پایداری،در حال بررسی استفاده از آلومینیوم ثانویه و اتصالات ریخته‌گری به ریخته‌گری با این فناوری است. هدف این پروژه، کاهش ردپای کربنی و افزایش قابلیت بازیافت در تولیدات صنعتی آینده است. ترکیب این فناوری با سیستم‌های باز کنترل (Open System Control) امکان ادغام آن در خطوط تولید هوشمند را فراهم کرده است. این ویژگی، مسیر را برای تولید انعطاف‌پذیر، کم‌هزینه و با کیفیت بالا در صنایع مختلف هموار می‌سازد.