×
Jan 17,2026
يمكن لجهاز لحام ليزر محمول بقدرة 1000 واط تحقيق اختراق جيد في ممر واحد عبر مادة بسماكة تتراوح بين 2 إلى 3 مم عند العمل مع الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ 304، ولكن فقط إذا كانت الأسطح نظيفة وإعدادات العملية جميعها مضبوطة بدقة. سبب هذا الحد المحدد يعود إلى كمية الطاقة الفعلية المطلوبة لبدء واستمرار ما نسميه وضع اللحام بالحفرة المفتاحية (keyhole mode welding). إن التوصيل الحراري للصلب، الذي يبلغ حوالي 50 واط لكل متر كلفن، يساعد على نقل الطاقة بكفاءة أثناء العملية. تُظهر الاختبارات الميدانية أن اختراقًا بسماكة 3 مم يعمل بشكل متسق مع الفولاذ المقاوم للصدأ 304 عند السير بسرعة تبلغ نحو 0.8 أمتار في الدقيقة مع حماية غاز الأرجون. أما الفولاذ الكربوني فيتطلب تحضيرًا إضافيًا لإزالة طبقة الصدأ الناتجة عن التصنيع، وإلا قد تحدث مشكلة المسامية عند محاولة لحام سمك 2.5 مم. من المهم جدًا الحفاظ على بقعة التركيز ضمن مدى ±0.2 مم من العمق المثالي لضمان استقرار برك الانصهار. وفي حالة عدم توفر تغطية كافية بالغاز الخامل، يمكن أن تؤدي مشكلة الأكسدة السطحية إلى تقليل الاختراق الفعّال بنسبة تصل إلى 15 بالمئة.
يُعدّ العمل مع المعادن غير الحديدية تحديًا حقيقيًا عند محاولة تحقيق اختراق عميق باستخدام معدات يدوية قياسية بقدرة 1000 واط. فخذ الألمنيوم على سبيل المثال، فهو يعكس حوالي 90٪ من الضوء الليزري الساقط ويُبدّد الحرارة بسرعة كبيرة (حوالي 240 واط لكل متر كلفن)، ما يجعل معظم المشغلين يعانون للوصول إلى عمق يتجاوز 1.5 مم في مرور واحد فقط، حتى عند استخدام أساليب مثل تذبذب الحزمة والحماية بالهيليوم. أما النحاس فهو أسوأ، لأن توصيليته الحرارية ترتفع إلى نحو 400 واط/م.ك، ما يعني أن الحرارة تتبدد بسرعة كبيرة لدرجة أن العديد من الفنيين يحتاجون إلى تسخين المادة مسبقًا فقط للوصول إلى أعماق تبلغ 1.2 مم. ويُشكل البرونز مشكلة مختلفة تمامًا، حيث يبدأ الزنك في التبخر عند تجاوز عمق 1.5 مم، مما يؤدي إلى ظهور فقاعات مزعجة وتَجعل الامتزاج غير متسق عبر اللحامات. تشير أبحاث نُشرت في مجلات موثوقة إلى أن حتى الليزر ذي الضوء الأزرق المتقدم والغازات الواقية المصممة خصيصًا لا يمكنها تجاوز عمق 1.3 مم في سبائك النحاس بسبب حدود فيزيائية أساسية تتعلق بكيفية تفاعل الإلكترونات مع الفوتونات. وعادةً ما تؤدي محاولات اللحام متعدد المرور إلى تشوهات كبيرة وضعف في الالتصاق بين الطبقات، إلا إذا تم استخدام آلات بقدرة تزيد عن 1500 واط، مما يجعل بناء وصلات سميكة أمرًا عمليًا مستحيلاً على الوحدات اليدوية العادية بقدرة 1000 واط.
زيادة قوة الليزر من حوالي 1000 واط لتصل إلى 4000 واط تتيح إمكانية إجراء لحامات أعمق بكثير عند العمل مع الصلب الكربوني. عند إعدادات الطاقة المنخفضة مثل 1000 واط، نحصل عادةً على حوالي 3 مم لكل مرور، ولكن عند رفعها إلى 4000 واط يمكننا تحقيق عمق إجمالي يبلغ تقريبًا 6.5 مم بعد عدة مرور. وسبب هذا التحسن يكمن في العمق الذي تمتص فيه الطاقة داخل المادة، بالإضافة إلى التحكم الأفضل في مكان انتقال الحرارة عبر الطبقات المختلفة. فالصلب الكربوني لا يعكس الكثير من الضوء أصلاً، وبالتالي فإن الحزم ذات الشدة العالية تتحول بكفاءة إلى طاقة انصهار. ومع ذلك، هناك نقطة يصبح عندها زيادة الطاقة غير مجدية من حيث الفوائد النسبية بعد حوالي 3000 واط، لأن مشكلات مثل درع البلازما تبدأ بالتدخل، وتنتشر الحرارة جانبيًا بشكل مفرط. وللحفاظ على جودة هيكلية جيدة أثناء بناء العمق طبقة تلو الأخرى، تستخدم معظم الورش تقنيات متعددة المرور بأسلوب استراتيجي مع فترات تبريد دقيقة بين كل مرور. ولكن تكمن المشكلة هنا: أن كل مليمتر إضافي يتطلب تقليلًا كبيرًا في سرعة الحركة وتعديلات أدق بكثير للمعايير، مما يؤثر سلبًا على أوقات الإنتاج ويضيف عبئًا إضافيًا على المشغلين في الموقع.
مضاعفة قدرة الليزر لا لا تضاعف العمق - وهو افتراض شائع خاطئ ناتج عن تبسيط مفرط لافتراضات الطاقة. فبينما تصل قدرة 1000 واط إلى عمق ~3 مم في الفولاذ الكربوني، فإن القدرة 2000 واط توفر عادةً فقط 4.5–5 مم وليس 6 مم. وتنتج هذه الظاهرة غير الخطية عن ثلاث قيود فيزيائية مترابطة:
ما يهم حقًا بالنسبة للاختراق ليس فقط كمية الطاقة التي نوجهها إلى شيء ما، بل مدى تركيز هذه الطاقة. عندما يضاعف شخص ما الإخراج الكهربائي، لا يحصل على ضعف التأثير إلا إذا قلص أيضًا حجم الشعاع بشكل كبير. في المواقف الواقعية، حتى لو زادت الطاقة بنسبة 100٪، فإن الحجم الفعلي للبقعة لا يقل إلا بنسبة 30٪ تقريبًا. بمجرد أن نصل إلى حوالي 3000 واط، تبدأ الكفاءة في الانخفاض بسرعة. الانتقال من 3000 إلى 4000 واط يمنح اختراقًا أعمق بنحو 25٪ فقط، مما يبدو ضعيفًا نسبيًا مقارنة بالقفزة الكبيرة في الطاقة. بالنسبة للمهام التي تتطلب قطعًا أعمق من 5 مم، من الأفضل النظر في تكلفة كل مليمتر إضافي ودرجة تعقيد الإعداد. في بعض الأحيان، قد تُثبت طرق أخرى مثل دمج لحام MIG مع الليزر أو استخدام قوس نابض فعليًا أنها أرخص وأبسط على المدى الطويل.
يعتمد عمق الاختراق الذي يتم تحقيقه باستخدام جهاز لحام ليزر محمول بقدرة 1000 واط حقًا على ثلاثة عوامل رئيسية تتعلق بالإعدادات البصرية وحركة الجهاز. ومع ذلك، فإن موقع التركيز هو العامل الأهم. فإذا انحرف التركيز حتى عن الهدف بمقدار نصف ملليمتر فقط، فقد يتغير عمق الاختراق بنسبة تصل إلى 20٪ عند العمل مع مواد الفولاذ المقاوم للصدأ، لأن تركيز الطاقة ينخفض عند السطح حيث يجب أن يكون أقصى ما يمكن. وعندما يقوم المشغلون بإدخال تذبذب الحزمة أو ما يُعرف أحيانًا بالاهتزاز (wobbling)، فإنهم في الواقع يخلقون منطقة بركة انصهار أوسع. وهذا يساعد على سد الفجوات بشكل أفضل في الوصلات السميكة. من ناحية أخرى، يؤدي تقليل حجم البقعة إلى أقل من 0.2 مم إلى زيادة كثافة الطاقة بشكل كبير، مما يؤدي إلى اندماج أعمق في المادة. ويجد المصنعون الذين اختبروا هذه الأنظمة في تطبيقات الصفائح المعدنية للسيارات أن الحفاظ على التحكم في التركيز ضمن نطاق زائد أو ناقص 0.1 مم طوال فترة الإنتاج يضمن نتائج متسقة تفي بالمتطلبات الهيكلية دفعة بعد دفعة.
إن تحقيق التوازن الصحيح بين سرعة المسح ووقت التوقف بين المرورات أمر ضروري عند لحام الأقسام السميكة مثل الفولاذ الكربوني بسماكة 6.5 مم، إذا أردنا اختراقًا كاملاً دون مشاكل مثل الاختراق الزائد أو تشكل شقوق باردة. عندما يزيد العمال سرعة المسح عن حوالي 10 مم في الثانية، فإن ذلك يؤدي إلى تقليل دخول الحرارة وتضييق منطقة التأثير الحراري، لكن هناك خطر حقيقي من انصهار غير كامل في طبقات اللحام الأعمق. وقد وجد معظم عمال اللحام ذوي الخبرة الذين يعملون على وصلات بسماكة 6.5 مم أن ترك فترة توقف تتراوح بين 400 و600 مللي ثانية بين كل طبقة يعمل بشكل أفضل. يسمح هذا التوقف القصير للملتّ بالبدء بالتصلب جزئيًا وتخفيف بعض الإجهادات الداخلية، مما يساعد على تشكيل طبقة جذرية مستقرة. أما الإبطاء الشديد، مثل أقل من 3 مم في الثانية، فيؤدي فقط إلى تراكم حرارة زائدة ويخلق برك انصهار غير مستقرة. وإذا انخفض وقت التوقف إلى أقل من 300 مللي ثانية، خاصة في أول طبقتين، فإن الروابط بين طبقات اللحام تميل إلى الضعف. ومع ذلك، هذه الأرقام ليست نهائية، بل تحتاج إلى تعديل بناءً على عوامل مثل نوع الفولاذ المستخدم، وشكل الوصلة، وحتى درجة حرارة الغرفة. لكن هذه القيم توفر نقاط بداية جيدة لأي شخص يقوم بتطوير عملية اللحام الخاصة به.
EN
