بخشی از مقاله
مقدمه
جوشکاری با استفاده از لیزر مزایا و فوائد زیادی دارد: دقت در میزان حرارت ورودی، منطقه متاثر از گرمای کوچک، حوضچه جوش کوچک و اعوجاج حرارتی کم. به همین دلیل استفاده از لیزر در سالهای اخیر افزایش چشمگیری داشته است .[3-1] بر اساس نحوه انتقال انرژی و عمق نفوذ در جوشکاری لیزری دو نوع سازو کار وجود دارد. هنگامی که لیزر به سطح ماده تابیده میشود، سطح ماده شروع به گرم شدن تا نقطه ذوب میکند و در نتیجه عمق نفوذ توسط نرخ انرژی ورودی از لیزر و میزان حرارت منتقل شده در ضخامت ماده بوسیله هدایت تعیین میشود. جوشکاری تحت چنین شرایطی به جوشکاری هدایتی - Conduction - Welding معروف است. نوع دوم جوشکاری هنگامی رخ میدهد که چگالی توان لیزر به حدی افزایش یابد که انرژی لازم برای تبخیر لایه نازکی از فلز را تامین کند که در نتیجه یک حفره در حوضچه جوش ایجاد میشود که این نوع جوش به جوشکاری سوراخ کلیدی - Keyhole Welding - معرف است.
در نتیجه یک مخلوطی از بخار فلزات یونیزه شده به همراه گاز محافظ در بالای حوضچه تشکیل میشود.[7-4] آلومینیوم آلیاژی 2024 به علت استحکام بالا نسبت به دیگر آلیاژهای آلومینیم از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و به طور گسترده ای در انواع سازه های صنایع هوافضا استفاده میشود. این آلیاژ جوشپذیری اندکی داشته و اتصال آن همواره یکی از مشکلات صنایع مذکور است .[6] عموما در جوشکاری آلومینیم با لیزر به علت بازتابش بالای فلز دستیابی به عمق نفوذ بالا و کیفیت مناسب جوش دشوار است به همین جهت بررسی محدوده پارامترهای فرایند و اثر آنها بر ابعاد حوضچه و کیفیت جوش دارای اهمیت است. در این تحقیق تاثیر متغییرهای فرایند بر روی شکل حوضچه جوش و انتقال حالت جوشکاری از هدایتی به سوراخ کلیدی بررسی شده است. روش انجام آزمایش ماده مورد استفاده قرار گرفته در این تحقیق، آلومینیوم آلیاژی 2024 و با ضخامت 2 میلی متر بود. ترکیب شیمیایی این آلیاژ برحسب درصد وزنی در جدول - 1 - نشان داده شده است. چشمه لیزری که در آزمایشها مورد استفاده قرار گرفته لیزر پالسی Nd:YAG مدل IQL10 بوده است. در حین فرایند نیز از گاز آرگون هم محور جهت محفاظت از حوضچه مذاب نسبت به اکسید شدن استفاده شد. پارامترهایی که اثر آنها بر شکل حوضچه بررسی شده است در جدول - 2 - آورده شدهاند.
نتایج و بحث الف- اثر قله توان
در اولین آزمایش اثر قله توان بر شکل حوضچه مورد بررسی قرار گرفت. در شکل - 1 - تغییرات عمق و عرض حوضچه با قله توان نشان داده شده است. همانگونه که از در این شکل نیز دیده میشود با افزایش قلهتوان عمق و عرض حوضچه افزایش مییابند. روند افزایش عمق جوش با افزایش قله توان نسبت به عرض آن تفاوت دارد. همانطوریکه دیده میشود روند افزایش عرض حوضچه تقریبا یکنواخت است و تغییر ناگهانی در آن دیده نمیشود ولی عمق حوضچه از توان 2/2 کیلووات به سرعت افزایش یافته است. این افزایش به خاطر تغییر حالت جوشکاری از هدایتی به سوراخ کلیدی است. در حالت سوراخ کلیدی، پرتو لیزر در داخل حفره به دام افتاده، و بازتابهای پرتو لیزر توسط سطوح داخلی، به نقاط دیگر حفره برخورد کرده و بوسیله آنها جذب می شود و میزان جذب انرژی در این حالت افزایش مییابد. این انتقال از روی شکل حوضچه نیز قابل تعیین است. نتایج آزمایشات و شکل سطح مقطع جوشها نشان میدهد که این انتقال حالت جوشکاری برای آلیاژ آلومینیوم بسیار نزدیک به نسبت عمق جوش به عرض جوش ارائه شده در منابع - 0/5 - است> @ و در چنین نسبتی مقطع جوش از حالت یک نیم بیضی وارد حالتی میشود که در پایین آن یگ گود رفتگی ناگهانی دیده میشود. در این تحقیق، جهت تعیین ناحیه گذار بین دو حالت جوشکاری از این پارامترها استفاده شده است.
ب- تاثیر انرژی پالس
تاثیر انرژی پالس بر شکل حوضچه در شکل - 3 - نشان داده شده است. با افزایش انرژی پالس به علت افزایش انرژی ورودی به جوش، عمق نفوذ افزایش مییابد. در این نمودار در محدوده 8 ژول انتقال از حالت هدایتی به سوراخ کلیدی رخ میدهد. همانطوریکه دیده میشود افزایش عمق حوضچه در حالت سوراخ کلیدی شیب بسیار کمتری در مقایسه با شکل - - 1 دارد که این امر نشان دهنده آن است که قله توان تاثیر مهمتر و بیشتری در تعیین عمق نفوذ دارد و تغییر آن در حین فرایند میتواند عامل تاثیر گذارتری در تعیین شکل نهایی حوضچه باشد.
