تخلخل در جوش لیزری یکی از مهمترین عیوبی است که میتواند استحکام، کیفیت ظاهری و دوام اتصال را کاهش دهد. این مشکل به صورت حفرهها یا منافذ ریز در داخل یا سطح جوش ظاهر میشود و معمولاً در اثر به دام افتادن گازها در حوضچه مذاب ایجاد میشود. در صنایع حساسی مانند خودروسازی، هوافضا، تجهیزات پزشکی و تولید قطعات صنعتی، وجود تخلخل حتی در ابعاد بسیار کوچک نیز میتواند باعث کاهش مقاومت مکانیکی قطعه و افزایش احتمال ترکخوردگی شود.
تخلخل در جوش لیزری چیست؟
تخلخل (Porosity) به وجود حفرههای ریز یا درشت در داخل فلز جوش گفته میشود. این حفرهها زمانی ایجاد میشوند که گازهای موجود در حوضچه مذاب فرصت خروج پیدا نکنند و همزمان با انجماد فلز، در داخل جوش محبوس شوند.اندازه و تعداد این منافذ میتواند از چند میکرون تا چند میلیمتر متغیر باشد. هرچه میزان تخلخل بیشتر باشد، کیفیت اتصال کاهش یافته و احتمال شکست قطعه در شرایط کاری افزایش پیدا میکند.
مهمترین دلایل ایجاد تخلخل در جوش لیزری
آلودگی سطح قطعه
یکی از رایجترین عوامل ایجاد تخلخل، وجود آلودگی روی سطح فلز است. روغن، گریس، گردوغبار، رنگ، زنگزدگی یا رطوبت هنگام تابش لیزر تبخیر شده و گاز تولید میکنند. اگر این گازها نتوانند از حوضچه مذاب خارج شوند، در داخل جوش باقی میمانند.به همین دلیل تمیزکاری سطح قطعات قبل از جوشکاری اهمیت بسیار زیادی دارد.
تنظیم نبودن توان لیزر
اگر توان دستگاه بیش از حد کم باشد، نفوذ کافی ایجاد نمیشود و گازها در مذاب محبوس میشوند. از طرف دیگر، توان بیش از حد نیز باعث تبخیر شدید فلز و افزایش آشفتگی حوضچه مذاب خواهد شد که احتمال ایجاد حفره را افزایش میدهد.انتخاب توان مناسب باید بر اساس نوع فلز، ضخامت قطعه و سرعت حرکت هد انجام شود.
سرعت نامناسب جوشکاری
سرعت حرکت هد دستگاه لیزر تأثیر مستقیمی بر کیفیت جوش دارد. اگر سرعت بیش از حد زیاد باشد، مذاب فرصت خروج گازها را پیدا نمیکند. در مقابل، سرعت بسیار کم باعث افزایش حرارت ورودی، تبخیر بیشتر فلز و ناپایداری حوضچه مذاب میشود.بنابراین باید بین سرعت حرکت و توان لیزر تعادل مناسبی برقرار شود
گاز محافظ نامناسب
استفاده از گاز محافظ مناسب نقش مهمی در جلوگیری از اکسیداسیون و خروج گازهای اضافی دارد.کم بودن فشار گاز، انتخاب نوع نامناسب گاز یا تنظیم اشتباه زاویه نازل میتواند باعث ورود هوا به ناحیه جوش و ایجاد تخلخل شود.در بسیاری از کاربردها از آرگون یا نیتروژن استفاده میشود و انتخاب گاز مناسب به نوع فلز بستگی دارد.
فوکوس نامناسب لیزر
اگر فاصله کانونی هد به درستی تنظیم نشده باشد، انرژی لیزر به صورت یکنواخت به سطح قطعه منتقل نمیشود. این موضوع باعث ناپایداری حوضچه مذاب و افزایش احتمال تشکیل حفره خواهد شد.بررسی منظم وضعیت لنز دستگاه لیزر ، هد و تنظیم دقیق فوکوس از ایجاد این مشکل جلوگیری میکند.
کیفیت پایین گاز یا فلز پایه
فلزاتی که دارای ناخالصی بالا هستند یا سیم جوش بیکیفیت دارند، مستعد ایجاد گاز در هنگام ذوب هستند.همچنین استفاده از گاز محافظ با خلوص پایین میتواند موجب ورود اکسیژن و رطوبت به ناحیه جوش شود.
چگونه تخلخل جوش را تشخیص دهیم؟
در برخی موارد تخلخل روی سطح جوش قابل مشاهده است، اما بسیاری از منافذ در داخل قطعه قرار دارند و با چشم دیده نمیشوند.
روشهای متداول بازرسی عبارتاند از:
- بازرسی چشمی
- تست رادیوگرافی (X-Ray)
- آزمون التراسونیک (UT)
- برش مقطع و بررسی متالوگرافی
- آزمونهای غیرمخرب (NDT)
در صنایع حساس معمولاً از رادیوگرافی یا التراسونیک برای بررسی کیفیت جوش استفاده میشود.
روشهای جلوگیری از تخلخل در جوش لیزری
برای دستیابی به یک جوش باکیفیت، رعایت نکات زیر توصیه میشود:
- تمیز کردن کامل سطح قطعه قبل از جوشکاری
- تنظیم صحیح توان و سرعت دستگاه
- استفاده از گاز محافظ با خلوص بالا
- تنظیم دقیق فشار و زاویه نازل
- کنترل فاصله فوکوس هد
- استفاده از سیم جوش باکیفیت در صورت نیاز
- سرویس دورهای هد، لنز و سیستم اپتیکی
- بررسی عملکرد چیلر و پایداری توان سورس لیزر
رعایت این موارد میتواند احتمال ایجاد تخلخل را تا حد زیادی کاهش دهد.
تأثیر تخلخل بر کیفیت جوش
وجود تخلخل تنها یک ایراد ظاهری نیست، بلکه میتواند عملکرد قطعه را نیز تحت تأثیر قرار دهد.
مهمترین پیامدهای آن عبارتاند از:
- کاهش استحکام مکانیکی اتصال
- کاهش مقاومت در برابر خستگی
- افزایش احتمال ترکخوردگی
- کاهش آببندی در مخازن و لولهها
- افت کیفیت ظاهری جوش
- افزایش احتمال مردود شدن قطعه در کنترل کیفیت
به همین دلیل صنایع حساس استانداردهای سختگیرانهای برای میزان مجاز تخلخل در نظر میگیرند.
تخلخل در جوش لیزری یکی از مهمترین عیوب فرآیند جوشکاری است که معمولاً در اثر آلودگی سطح، تنظیمات نامناسب دستگاه، انتخاب نادرست گاز محافظ، فوکوس اشتباه یا کیفیت پایین مواد مصرفی ایجاد میشود. با آمادهسازی صحیح قطعات، انتخاب پارامترهای مناسب جوشکاری، استفاده از تجهیزات سالم و انجام بازرسیهای منظم میتوان تا حد زیادی از ایجاد این عیب جلوگیری کرد.