سوالاتی که اغلب درباره لیزر عنوان میشود؟

 

1) لیزرها

لیزرها دستگاههایی هستند که تابش همدوس یا تقویت تابش در بسامدهایی در ناحیه مادون قرمز، مریی یا فرابنفش طیف موج الکترومغناطیسی را ایجاد میکنند.

2) مولفه های اساسی یک لیزر

مولفه های اساسی یک لیزر به قرار زیر است :

الف) محیط فعال شامل مجموعة مناسبی از اتمها، مولکولها، یونها و یا نیمرساناها.

ب ) فرآیند دمش که قادر است این اتمها و یا مولکولها را به ترازهای با انرژی بالاتر تحریک سازد.

ج ) عناصر بازخور مناسب که به باریکه تابش اجازه میدهد که در محیط فعال نوسان کند (به این امر نوسان لیزر میگویند) و یا آنکه باریکه از محیط فعال یک بار بگذرد (که به آن تقویت تک عبور میگویند) و ممکن است تعداد عبورها زیادتر شده به آن تقویت دو عبور، سه عبور و ... میگویند. عناصر بازخور در واقع از دو آینه تشکیل شده است. یک آینه (آینه انتهایی) تمام بازتابنده است و آینه دیگر نیمهشفاف است. با رفت و بازگشت باریکه بین دو آینه، هر بار عمل تقویت برای باریکه حاصل شده و هنگامی که بهره سیستم از کل تلفات بیشتر گردد، عمل لیزر آغاز میشود و خروجی لیزر را از طرف آینه نیمهشفاف دریافت میدارند.

 

 

3) تاریخچه لیزر

لیزرها بر اساس اصل کلی که در بسامدهای میکروموج اختراع گردیده بود و به آن میزر (تقویت میکروموج توسط گسیل تابش القایی) گفته میشد، کار میکنند. وقتی طول موج نوسان به ناحیه بسامدهای اپتیکی میرسد، طبیعتاً به آن لیزر (تقویت نور توسط گسیل تابش القایی) گفته میشود.

اختراع اولین لیزر به سال 1960 توسط تئودور مایمن بازمیگردد و آن یک لیزر یاقوت است که با لامپ درخش فعال میشود. جالب است بدانیم که امروزه لیزرهای حالت جامد (نظیر یاقوت، نئودیمیوم یاگ) نیز کم و بیش به صورت همان تکنیک قدیمی خود کار میکنند. روش دمیدن محیط فعال از طریق اپتیکی است. البته حضور لیزرهای نیمرسانا و تابش انها در ناحیه جذب شدید بلورهای لیزر، تکنولوژی بسیار جدید امروزی را که دمش لیزرهای حالت جامد توسط لیزرهای نیمرساناست متحول ساخته است. این لیزرها که با باریکة لیزرهای نیمرسانا دمیده میشوند، بسیار کوچک و قابل حمل و کم مصرف و با بازدهی بالایی هستند. حتی در این خصوص پا فراتر گذاشته شده است و لیزرهای پرقدرت که در حجم کوچک ساخته میشوند قادر به تولید باریکههای پرتوان برای مصارف صنعتی میباشند.


برندگان جایزه نوبل در زمینه لیزر

دانشمندان بسیار زیادی در چند دهه گذشته در اهداف مرتبط با فیزیک که به نحوی با لیزر سر و کار پیدا میکند موفق به دریافت جایزه نوبل شدهاند. در اینجا اسامی چند دانشمند که مستقیماً در ارتباط با لیزر جوایز نوبل را دریافت کردهاند را ذکر خواهیم نمود.
- چارلز اچ تاونز به خاطر اختراع میزر آمونیاک (1964).

- نیکلا جی باسوف، و الکساندر پروکرف برای سهم خود در میزرها و لیزرها (1964).

- دنیس گابور ، برای ارائه تصاویر سه بعدی (هولوگرافی) (1971).

- نیکلاس بلومبرگن و آرتورشالو برای سهم آنها در میزر سه ترازی، اپتیک غیرخطی و اسپکتروسکپی لیزری (1981).

- احمد ذویل (که دانشمند مصری است) برای کاربرد لیزر در شیمی (1999).

از سایر فعالیتهای اساسی در زمینه لیزر میتوان از اختراع پرفسور علی جوان، دانشمند ایرانی به خاطر اولین لیزر گازی هلیوم نئون و سی.ک.ان پاتل (دانشمند هندی) برای اختراع لیزر CO2 نام برد.

با وجودی که از اختراع لیزر بیش از 40 سال (و نزدیک به نیم قرن) میگذرد، لیزرها به صورت ابزارهایی کاملاً توسعه یافته برای تولید باریکه نور همدوس درآمدهاند. گسترش کاربردهای آن بسیار وسیع بوده و در تمام شئون زندگی بشری، از جراحیهای ظریف گرفته تا صنعت، مسائل دفاعی و حتی خرید از فروشگاهها قابلیت خودرا نشان دادهاند. بنابراین میتوان ادعا کرد که کاربردهای آن در آینده وسیعتر شده و جایگاه لیزر و اهمیت آندر اجتماع و زندگی انسانها روز به روز ملموستر خواهد شد.

4) مفاهیم اساسی لیزر

لیزرها بر اساس برهمکنش تابش و ماده فعال میشوند. این برهمکنش شامل گسیل خود به خود، گسیل القایی و جذب میباشد.

گسیل خود به خود فرض کنیم توانسته باشیم اتمهای زیادی را به تراز بالاتر اتم و یا مولکول با تحریک خارجی (که به آن دمش گفته میشود) فرستاده باشیم. تعداد این اتمها یا مولکولها در واحد حجم در تراز بالاتر را با N2 نمایش میدهیم. این اتم یا مولکول به صورت خود به خود به تراز پایینتر فرومیافتد و اگر این فروافت توام با گسیل موج الکترومغناطیسی باشد به آن فروافت تابشی یا گسیل خودبه خود میگویند. اتم و یا مولکول هرگاه به طریق دیگری مثلاً در برخورد با گاز در محیط به تراز پایینتر فروافتد و همراه با تابش نباشد به آن فروافت غیرتابشی میگویند.

 

گسیل القایی

علاوه بر فروافت به طریق گسیل خود به خود، اتم و یا مولکول در تراز بالاتر میتواند در اثر برهمکنش با یک میدان تابش خارجی به تراز پایینتر فروافتد در این صورت دو فوتون به وجود میآید، فوتون القاء شونده و فوتون القاء کننده. هر دو فوتون در یک جهت گسیل میشوند و همفاز و با یک قطبش هستند (فاز و قطبش فوتون القاء شونده در همان فاز و قطبش فوتون القاء کننده است). این اساس تقویت نوری را فراهم میسازد و اساس لیزر مبتنی بر همین اصول تقویت نور میباشد.

جذب هنگامی که در یک سیستم اتمی که اتمها در تراز پایینتر (تراز پایه) هستند موج الکترومغناطیسی اعمال گردد به نحوی که فرکانس موج فرودی درست در همان فرکانس گذار اتمی باشد، در این صورت به سادگی موج الکترومغناطیسی فرودی بر اتم یا مولکول، جذب اتم و یا مولکول شده و آن را به تراز بالاتر ارتقاء میدهد. به این فرآیند جذب گفته میشود.

 

 

4-1) جمعیت معکوس

در یک اتم فرض کنید، تراز انرژی و جمعیت تراز پایین (N1 و E1) و تراز انرژی و جمعیت تراز بالاتر (N2 و E2) باشد. در حالت عادی توزیع بولتزمن برای اتم یا مولکول برقرار است، لذا همواره چون E1 > E2 است، خواهیم داشت N2 > N1 ، بنابراین اختلاف N2 - Δ N = N1 همواره مثبت است و تابش فرودی جذب اتم یا مولکول میشود. اگر شرایطی غیرعادی حاصل آید به نحوی که N1 > N2 گردد، با جذب منفی و یا بهره سر و کار داریم. به این عمل که توسط دمش حاصل میشود و جمعیت تراز بالاتر بیشتر از تراز پایینتر به وجود میآید، ایجاد جمعیت معکوس میگویند و هرگز در شرایط ترازمندی گرمایی حاصل نمیشود.

4-2) چگونگی ایجاد جمعیت معکوس

روشهای مختلفی جهت ایجاد جمعیت معکوس وجود دارد که بسته به محیط فعال از این روشها جهت ایجاد جمعیت معکوس استفاده میکنند به عملی که انجام میشود تا جمعیت معکوس حاصل شود دمش (پمپاژ) گفته میشود. روشهای پمپاژ به قرار زیر است. دمش الکتریکی، دمش نوری، دمش شیمیایی، دمش گرمایی.

 

5) انواع لیزرها

5-1) لیزرهای حالت جامد

سه موضوع اساسی برای ایجاد بهره در لیزرهای حالت جامد عبارتند از :

محیط میزبان ، یونهای فعال در داخل محیط میزبان ، منابع نوری برای دمش مواد تشکیل دهنده محیط میزبان محیط میزبان به دو دسته بلوری و شیشهای تقسیم میشوند. محیط میزبان میباید از نظر اپتیکی، مکانیکی و خواص گرمایی شرایط عمل کرد لیزری را متحمل شوند. محیطهای میزبان بلوری که پس از اختراع اولین لیزر یاقوت مورد بررسی و مطالعه و کاربرد قرار گرفتهاند عبارتند از:

سافایر، Al2O3 گارانتها، ایتریوم، آلومینیوم گارنت Y3Al5O12 که با YAG نشان میدهند.

گادولنیوم، گالیوم گارنت Gd3Ga5O12 که با GGG نشان میدهند. گادولنیوم اسکاندیوم آلومینیوم گارنت Gd3Sc2Al3O12 که با GSAG نشان میدهند. آلومینیت، ایتریوم اورتوآلومینیت (Y AlO3)، که با YAlO یا YAP نشان میدهند. فسفاتها و سیلیکاتها، کلسیم فلوروفسفات یا Ga5+ (PO4 +)3 F نام معدنی فلوراپاتیت (FAP) سیلیکات اکسی پاتیت یا Ga La SOAP تنگستیتها، مولیبدیتها، وانادیتها و بریلیتها فلورایدها، سرامیکها، شیشهها، یونهای فعال :

«یونهای خاکی نادر»

نئودیمیوم Nd+3 خط Nd:YAG در λ = 1.06 μ m

اربیوم Er+3 خط Er:YAG در λ ~ 2.9 μ m

هولومیوم Ho+3 خط Ho:YAG در λ ~ 2 μ m

تالیوم Tm+3 خط Tm:YAM در λ ~ 2 μ m

«یونهای آکتاناید»

یاقوت Cr+3 : Al2O3

الکساندریت Cr+3 : BeAl2O4

تایتانیوم سافیر Ti+3 : Al2O3

5-1-1 لیزرهای حالت جامد کوکپذیر (قابل تنظیم طول موج)

گسیل لیزری در لیزرهای حالت جامد کوکپذیر وقتی جفتشدگی گسیل القائی و گسیل کوانتایی ارتعاشی (فونون) در بلور حاصل میشود اتفاق میافتد. آنها عبارتند از :

الکساندریت :

BeAl2O4 در گسترة 700-800 nm

Cr : GSGG) Cr:Gd Sc Ga-Garnet در (100-900 nm)

Cr:KZn F3 (در 185-865 nm)

5-1-2 سیستمهای دمش نوری در لیزرهای حالت جامد

در گذشته لامپهای هالوژن-تنگستن برای دمش موج پیوسته Nd:YAG به کار میرفته است.

لامپهای درخش (لامپ فلاش) برای لیزرهای پالسی به کار میرود که از یک لوله کوارتز با دو الکترود انتهایی (گاز داخلی Xe) تشکیل شده است. امروزه از لیزرهای نیمرسانا برای دمش لیزرهای حالت جامد مخصوصاً Nd:YAG استفاده میشود. از نظر طیفی بهترین بازدهی انتقال انرژی نوری از تشعشع منبع دمش به محیط جامد وقتی است که ناحیه طیفی بیشینه تشعشع لامپ تحریک با نواحی جذب شدید در محیط فعال جامد منطبق باشد.

5-2 لیزرهای رزینهای (مایع رنگین)

لیزرهای رزینهای به آن دسته از موادآلی گفته میشود که در حلالهای مناسب حل شده جهت محیط فعال مورد استفاده قرار میگیرند. دمش این رنگها از طریق نوری است که با استفاده از لامپ فلاش و یا یک لیزر مناسب میباشد. این مواد قادراند بسته به نوع رنگ به کاررفته از ناحیه فرابنفش تا نزدیک مادون قرمز نوسان قابل تنظیم طولموجی داشته باشند. لذا از زمره لیزرهای کوکپذیر هستند و دارای کاربردهای وسیع در طیفنگاری میباشند. برای دمش این لیزرها، اگر به صورت پالسی مد نظر باشد از لیزرهای نیتروژن، اگزایمر، بخار مس استفاده میشود. هارمونیکهای مراتب بالای لیزرNd:YAG در طولموجهای 532، 353 و 266 نانومتر برای دمش رنگهای آلی نیز مناسب و مقرون به صرفه اقتصادی است. برای نوسان موج پیوسته از لیزر آرگون یونی میتوان استفاده نمود.

5-3 لیزرهای گازی

نظر به این که گازها به عنوان محیط فعال نسبت به محیط های فعال حالت جامد از چگالی پایینتری برخوردار هستند. بنابراین باید انتظار داشت که لیزرهای گازی نسبتا بزرگ و حجیم باشند. گازها در لیزرهای گازی توسط برخورد الکترونی و یا باریکه الکترونی تحریک میشوند و لذا دمش آنها از نوع دمش الکتریکی است.

 

تحریک برخورد الکترونی

تحریک مناسب در گازها در فرآیندهای برخورد الکترونی رخ میدهد. تحریک تراز بالایی لیزر یا به صورت برخورد مستقیم الکترون مثلا در لیزر آرگون خنثی است. طبق سازوکار Ar + e -> Ar* + e که *Ar نشان دهنده تراز تحریکی اتم آرگون است، یا انتقال انرژی توسط گازی از نوع دیگر (مثل لیزر He-Ne) صورت میگیرد که He نقش دهندة انرژی به اتم نئون را داراست و عمل لیزر روی گذارهای اتم Ne تحقق مییابد.

He* + Ne -> Ne* + He

*He و *Ne نشان دهنده اتم He و Ne در حالت تحریکی است.

5-3-1 لیزر آرگون یونی (Ar II)

لیزر آرگون یونی یکی از لیزرهای مهم گازی است که تحریک توسط برخورد الکترونی در اتم Ar صورت میگیرد. از سایر لیزرها یونی گازهای نادر میتوان از لیزرهای یونی کریپتون، زینون و نئون نام برد. برخی از خطوط مهم و توانهای نوعی خطوط نوسانی در زیر آورده شده اند.

لیزرهای یونی پالسی

Ar (II) (nm 488 ، nm 496 توان حدود 10 وات ؛ nm 496 ، nm 502 و nm 514)
Ne (III) (nm 473 ، توان 400 وات)
Xe (IV) (nm 364 ، توان 3600 وات ، nm 430 ، توان 1000 وات)

لیزرهای یونی موج پیوسته

Ar (II) (nm 0/488 ، nm 5/514 توان حدود W 1)
Kr (II) (nm 1/647 ، توان 4/0 وات ، nm 4/676 ، nm 5/752 ، nm 7/350 ، توان 5 وات)

5-3-2 لیزر He-Ne

یکی از متداولترین لیزرهای گازی است. محیط فعال اختلاطی از گاز هلیوم و نئون است که نسبت آنها تقریبا 5:1 تا 20:1 میباشد. این اختلاط گاز در لوله شیشهای به قطر چند میلیمتر و به طول 0/1 تا 1 متر در فشار حدودا mmHg 10 و با تحریک توسط ولتاژ بالا چند کیلو ولت قادر است عمل لیزر روی ترازهای نئون را حاصل کند. (3/39μm ، 1/15 mm ، 632/8 μm و 5/543nm )

5-3-3 لیزر بخار مس

لیزر بخار مس یکی از لیزرهای مهم و پرقدرت به حساب میآید. برای آن که جمعیت کافی از اتمهای مس حاصل شود نیاز به آن است که دمای محیط به 1400ْC تا 1500ْC برسد . این امر در تیوبهای خاص از آلومینا و با رگبار بسیار بالا (kHz 5~ ) برای گرم شدن تیوب لیزر و بخار شدن فلز مس توسط سوئیچهای تایروترون حاصل میشود. قطر لوله ها بین 10 تا 80 میلیمتر است. همچنین برای دریافت قدرت مناسب از لیزر نیاز به استفاده از گاز نئون در فشار 50-25 میلیمتر جیوه میباشد.

عمل لیزر در دو طول موج nm 578 و nm 510 تحقق مییابد، هر دو گذار به تراز نیمهپایدار منجر میشود و عمل لیزر تنها در مدتی کوتاه قبل از نابودشدن جمعیت معکوس حاصل میشود. توان متوسط در رگبار kHz 5~ ، W 40-10 است، برای توانهای بالاتر نیاز به آن است که سیستم به صورت نوسانگر-تقویتکننده عمل کند. بازدهی کلی سیستم نسبتا بالا (تا 2%) میرسد، بنابراین اگر توانهای کمی مورد نیاز باشد سیستم لیزر میتواند توسط هوا خنک شود. در غیر این صورت در توانهای بالا، به سرد کردن لیزر توسط جریان آب سرد نیاز میباشد.

5-3-4 لیزر گازکربنیک (لیزر CO2)

لیزر گازکربنیک تاکنون مهمترین لیزر در ردة خود به شمار میرود و از نقطهنظر کاربردهای تکنولوژیکی این لیزر از مهمترین لیزرها محسوب میشود. با در نظر گرفتن بازدهی (30%~) و خروجی پرتوان، توانهای موج پیوسته این لیزر به دهها کیلووات میرسد، بنابراین کاربردهایی نظیر جوشکاری، برش فلزات و اجرای نقوش فلزی و کاربردهای نظامی این لیزر میسر شده است. گذار لیزری در این لیزر با لیزرهای یونی یا اتمی متفاوت است، چه ترازهای انرژی مرتبط با حالتهای کوانتومی مدهای ارتعاشی و چرخشی مولکول CO2 میباشد. در مورد مدهای ارتعاشی، سه نوع مد ارتعاشی غیرمتقارن، متقارن و خمشی در گذارهای لیزر درگیر میباشند. عمل لیزری در نواحی بین دو طول موج 9/4و 10/6 میکرومتر است که در ناحیه فروسرخ طیف واقع میشود. این لیزر با ساختارهای متفاوت تکنیکی ساخته میشود که عبارتند از : لیزر پالسی فشار اتمسفری (TEA)، محفظه بسته، جریان گازی و دینامیک گازی.

5-3-5 لیزر نیتروژن (N2)

گذارهای لیزری در لیزر نیتروژن بین ترازهای انرژی الکترونی مولکول N2 صورت میگیرد که منجر به خروجی در ناحیه فرابنفش (337/1nm) میشود. این لیزر در نوع پالسی فعال است و پهنای زمانی آن کوتاه و به حدود چند نانو ثانیه میرسد. دمش الکتریکی این لیزر میباید بسیار سریع و در زمانهای حدود مقیاس پهنای پالس تحقق یابد. این لیزرها در رده لیزرهای خودپایانیابنده قرار میگیرند.

5-3-6 لیزرهای اگزایمر

واژة «اگزایمر» از بهم بستن واژة excited dimer یا دوتایی تحریک شده ساخته شده است و مفهوم آن است که انرژی الکترونی مولکول دو اتمی در حالت تحریک شده به صورت پایدارو در حالت پایه به صورت دافعه است. هالایدهای گاز نادر نظیر ArF ، KrF و XeCl نمونه هایی از این نوع لیزر هستند. تخلیه الکتریکی و باریکه های الکترونی را میتوان برای تحریک اختلاطهای گازی از نوع گازهای نادر و مولکولهایی نظیر F2 یا HCl برای حصول عمل لیزر در لیزرهای اگزیمر به کار برد. عمل دمش این لیزرها به گونهای شبیه به لیزرهای N2 میباشد لیکن برای تحریک نیاز به آن است که قبل از تخلیه الکتریکی اصلی توسط فوتونهایUV و یا پرتو x محیط توسط یک پیشیونش برای تخلیه یکنواخت الکتریکی آماده شود. بعضی از لیزرهای اگزایمر نظیر XeF و KrF کاملا کارآمد بوده و قادرند توانهای خروجی تا J1 و با توان متوسط W 200 را حاصل سازند.

5-4 لیزرهای شیمیایی

ترکیبات شیمیایی دارای این توانایی هستند که مقادیر زیادی از انرژی که ممکن است بخشی را در واکنشهای شیمیایی گرمازا از دست بدهند، در خود ذخیره نمایند. به این ترتیب آنها نمونه های جالب توجهی جهت تبدیل انرژی شیمیایی به تابش نوری همدوس به شمار میآیند. لیزرهای شیمیایی که امروزه با آن سر و کار داریم مرتبط با گذارهای حالتهای ارتعاشی مولکولهایی نظیر HF ، CO و امثالهم میباشند. حد پایین گذار لیزری آنها در طول موج μm2~ میباشد. مثال خاصی از این لیزرها، انواع لیزرهای HF و DF میباشند که قدرتهای بسیار بالایی از آنها به دست آمده است. واکنشهای مرتبط به قرار زیر هستند :

F + H2 -> HF * + H

F + D2 -> DF * + D

با وجودی که واکنشهای بالا نمونه های تحریکی را که با علامت ستاره نشان دادیم حاصل میکنند، لیکن تجزیه هیدرژن و فلئور میباید از مولکولهای اولیه H2 و F2 حاصل شود. واکنشهای مرتبط در این نوع لیزرها به صورت زنجیرهای است، به این معنا که وقتی واکنش رخ داد مراکز فعال لیزری را میباید خودشان حاصل کنند و این متضمن تزریق پیوسته مولکول H2 و F2 به سیستم است مثلادر ادامه واکنش بالا برای H رها شده، داریم :

H + F2 -> HF * + F

و برای F رها شده، واکنش خواهد شد

F + H2 -> HF * + H

5-5 لیزرهای نیمرسانا

یکی از پراستفاده ترین لیزرها، لیزرهای نیمرسانا میباشد که در حجم زیاد ساخته میشوند و دارای کاربردهای بسیار زیادی هستند. امروزه آنها را حتی به عنوان علامت دهنده نور موازی در دست مردم عادی میبینیم و یا در هنگام خرید از فروشگاه های بزرگ قیمت اجناس را فروشنده توسط دستگاهی که به لیزر نیمرسانا مجهز است تعیین کرده در کار مشتری سرعت قابل ملاحظهای میبخشد. لیزرهای نیمرسانا با استفاده از پرش الکترون بین نیمرساناهایی که شامل نوعهای مختلف و ترازهای ناخالصی کنترل شده میباشد کار میکنند. مهمترین مواد نیمرسانا شامل مواد دوتاییها نظیر نیمرسانای V-III مثل GaAs ، InSb با مواد سهتاییها نظیر AlxGa1-xAs (که x فاکتور کوچکتر از واحد است) یا مواد چهارتاییها مثل InxGa1-xAlyP1-y میباشند. مهمترین پارامتر که از یک سیستم نیمرسانا به سیستم دیگر تغییر میکند، گاف انرژی است. این گاف فاصلة انرژی Eg بین بالاترین نوار پرشده از الکترون و یا پایین نوار انرژی خالی از الکترون است. طول موج منتسب به این گاف انرژی از μ=Ch/Eg به دست میآید. لیزرهای نیمرسانای امروزی چنان ساخته میشوند که جریان الکتریکی را به ناحیهای خاص در قطعه محدود سازند.

این هندسه ساخت به طرق : هدایت شده بهره، هدایت شده ضریب شکست و امثالهم میباشد. ساخت ردّه جدیدی از لیزرهای نیمرسانا به گونهای است که باریکه لیزر در جهت عمود بر ویفر گسیل میشود که به آن «لیزر گسیل سطحی» میگویند. نوع دیگرکه نوع «لیزر گسیل سطحی جفت شده توری» نامیده میشود. به گونهای است که توان خروجی بالا و واگرایی پایین را به دست میدهد. برای قدرتهای بالاتر ردیفهای دایودی اختراع شده که از تعداد لیزرهای زیادی نزدیک به یکدیگر شکل گرفته است.

از لیزرهای جدید دیگر نیمرسانا، لیزرهای چاه کوانتومی هستند که محیط فعال آن با لایه بسیار نازک (مثلا nm 20) از دو طرف توسط GaAlAs محدود شده است. اگر لیزر تنها یک چنین لایه ای داشته باشد به آن تک چاه کوانتومی گفته میشود (SQW) و اگر از چند لایه با تناوبی از GaAs و GaAlAs شکل گرفته باشد به آن لیزر چاه کوانتومی چندتایی (MQW) میگویند.

5-6 لیزرهای الکترون آزاد

طرز عمل لیزرهای الکترون آزاد کاملا با سایر لیزرهایی که از آنها نام برده شده است متفاوتست. چشمه اصلی انرژی در این نوع لیزرها باریکه نسبیتی الکترون است. تحت بعضی شرایط این الکترونها قادرند مقداری از انرژی خود را به صورت باریکهای از فوتون در همان مسیر الکترونهای سریع رها سازند. به این منظور باریکه الکترون سرعت یافته را از مغناطیسهای تناوب یافته که به آن ویگلر (جنبانده) گفته میشود عبور میدهند. با عبور الکترونها از ویگلر آنها شروع به نوسانهای عرضی میکنند. نتیجه امر در این نوسانها تشعشع موج الکترومغناطیسی است که طول موج آن در جهت تشعشع از μ=μw/2γ2 به دست میآید. μwتناوب ویگلر و γ نسبت انرژی الکترون به انرژی الکترون در حالت سکون است.

بنابراین با تغییر μwو یا γ میتوان گسترة وسیعی از فرکانسهای لیزر را حاصل کرد، یعنی این لیزرها کوکپذیر هستند. ضمنا سیستمهای لیزرهای الکترون آزاد به علت استفاده از شتابدهنده، دستگاههای عظیمی به شمار میآیند یعنی در واقع برای راهاندازی آن نیاز به تجهیزات شتابدهنده الکترون میباشد.

بنابراین آنها دستگاههایی نیستند که در مقطع فعلی از زمان به صورت کوچک و مستقل بتوان در آزمایشگاههای متداول تحقیقاتی از آنها استفاده کرد.



 

««جوشکاری با قوس پلاسما»»

 

درجوشکاری با قوس پلاسما‌ , قوسی تولید می شود که بسیار بلندتر , داغتر و قابل کنترل تر ازقوس ایجاد شده در جوشکاری تیگ است. هرگاه شدت جریان کم باشد ـ کمتر از 100آمپر ـ می توان جوشکاری موسوم به جوشکاری با قوس سوزنی انجام داد. از این قوس بلند و سوزن مانند برای اتصال قطعات بسیار نازک فلز , به ضخامت 02/0 تا mm3استفاده میکنند.  درجوشکاری با قوس پلاسما از شدت جریانهای بیشتر هم می توان استفاده کرد. اگرچه با افزایش شدت جریان قوس پهنتر می شود ,می توان با استفاده از شدت جریان تا 400آمپر ورق های تا ضخامت mm25 رابا کیفیت مطلوب جوشکاری کرد. درجوشکاری با قوس پلاسما,نفوذ به دو روش انجام می شود: روش ذوبی و روش سوراخ کلیدی. در روش ذوبی از قوس پلاسما برای جوشکاری متعارف دستی و ماشینی , به روش ذوبی , استفاده می شود. مزیت عمده آن بر جوشکاری تیگ , کنترل بهتر متصدی روی فاصله مشعل تا قطعه کار و حذف احتمال آلودگی الکترود تنگستنی است.

زیرا در این روش الکترود تنگستنی در داخل مشعل محافظت می شود. با استفاده از این روش می توان جوشهای لب به لب باریک و مرغوب , روی ورقهایی با ضخامت 3ملیمتر ایجاد کرد.

درروش سوراخ کلیدی قوس باریک و بلند ایجاد می شود که بطور کامل در قطعه نفوذ می کند و سوراخ کلیدی در وسط حوضچه جوش به وجود می آورد. اگر درز جوش لب به لب و کاملاً جفت سازی شده باشد, به فلز پر کننده نیاز نیست. با پیشروی مشعل, حوضچه مذاب در جلو قوس تشکیل می شود, در جلو قوس تشکیل میشود , دور قوس می پیچد و بالا می آید تا مهره جوش کوچکی در پشت آن تشکیل دهد. در هر بار عبور , خط جوش کاملی در هر دو سطح زیر و روی قطعه ایجاد می شود. نفوذ کامل در قطعه و حرکت فلز مذاب سبب جدا شدن ناخالصیها وگازها از خط جوش , پیش از انجماد آن می شود. در نتیجه می توان خط جوشی با بالاترین کیفیت ممکن ایجاد کرد. جوشکاری سوراخ کلیدی را می توان روی فلزهایی تا ضخامت 6میلیمترانجام داد.

 

««وسایل مورد نیاز در جوش پلاسما:»»

1. مشعل 2. یک واحد کنترل کننده 3. ژنراتور با فرکانس زیاد 4.یک دستگاه واتر پمپ 5.منبع جریان 6.رکتی فایر که ظرفیت آن حدود 500آمپر و با جریان DCSP برای جوشکاری اکثر فلزات و فولادهای ضد زنگ بکار می رود

انتخاب نوع گاز به نوع روش مورد استفاده ـ ذوبی یا سوراخ کلیدی ـ و نوع فلز جوشکاری بستگی دارد. مثلا ً برای جوشکاری فولاد ـ کربنی, کم آلیاژ یا زنگ نزن ـ وآلومنیم به روش سوراخ کلیدی یا ذوبی از گاز آرگون استفاده میکنند. در هنگام استفاده از روش ذوبی, اگر ضخامت فلز از 45میلیمتر بیشتر باشد مخلوط 75درصدهلیم و 25درصد آرگون را به کار می برند. برای جوشکاری فلزات واکنش پذیری مانند تیتانیم, اگر ضخامت فلز از 6میلیمتر کمتر است از گاز آرگون استفاده کنید. در سایر کاربردها مخلوط هلیم و آرگون را به کار ببرید؛ در روش سوراخ کلیدی 50 تا 75 درصد هلیم و در روش ذوبی 75 درصد هلیم مصرف کنید.

 

««مزیت جوشکاری با قوس پلاسما:»»

1.تمرکز زیاد انرژی 2. ثبات زیاد قوس 3.سرعت فوق العاده 4.انتالپی زیاد

 

««برشکاری با قوس پلاسما»»

 

در برشکاری با قوس پلاسما از قوسی پرسرعت و بسیار محدوداستفاده می شود که مشابه روش جوشکاری سوراخ کلیدی , در فلز نفوذ می کند . برای ذوب  کردن  فلز  از ولتاژی  تا  50000 ولت استفاده می شود. برای بیرون راندن فلز مذاب از راه برش, از هوای فشرده حاصل از یک کمپرسور یا مخلوط گاز محافظ بی اثر استفاده می کنند. چون در این فرایند قوس بسیار باریک, ستون مانند و مستقیم است, پهنای راه برش بسیار کم خواهدبود. به دلیل تمیز بودن عملیات برشکاری, به تمیز کاری سطوح بریده شده نیازی نیست. با استفاده از دستگاه برشکاری قوس پلاسما می توان فلزاتی تا ضخامت 150میلیمتر را, بسته به نوع فلز و شدت جریان قوس, برشکاری کرد.

دربرشکاری با قوس پلاسما می توان از گاز نیتروژن, به منزله گاز محافظ, استفاده کرد. استفاده از گاز محافظ فقط برای ایجاد برشهای بسیار تمیز و فارغ از اکسایش به کار می رود؛ در سایر موارد می توان از هوای فشرده استفاده کرد زیرا ارزانتر است. هوای فشرده و پر سرعت, درهنگام بیرون آمدن از شیپوره سر و صدای زیادی ایجاد می کند و به همین سبب می توان از مصرف آن چشمپوشی کرد. صدای خروج هوای فشرده, شبیه صدای تفنگ بادی است که از فاصله کم شنیده شود.

مشعل برشکاری با پلاسما برای کار در کارگاههای ساخت اتاق اتومبیل عالی است زیرا بدون توجه به رنگ, آستر, بطانه کاری بدنه و کثیف بودن, می توان برشکاری کند. در این روش به تمیز کاری قبلی نیازی نیست. چون در این روش برای برش فلز به فرایند اکسایش تکیه نمی شود, برای برشکاری فولاد پراستحکام و کم آلیاژ که در ساخت بدنه اتومبیلهای جدید به کار می رود از این روش در برشکاری فولاد زنگ نزن , و فلزات غیر آهنی از قبیل آلومینیم, مس و برنج نیز استفاده می شود.

مزیت بزرگ برشکاری با قوس پلاسما سرعت برش در این روش تا 20برابر روش برشکاری با اکسی استیلن است. در حال حاضر واحدهای سیار برشکاری با قوس پلاسما , دارای منبع تغذیه, منبع گاز و مشعل ساخته شده اند که می توان آنها را به پریز برق تک فاز V220 وصل کرد و به کار انداخت.

 


«« جوشکاری لیزری »»

دستگاه اشعه لیزری دارای طول موجهای یکسان ,موج نوسان ندارد و بصورت آرام می باشد و روی یک سطح خیلی کوچک متمرکز می گردد. لیزرهای جوشکاری اغلب به عنوان محیط موثر از یک مونو کریستال استفاده می کنند .

انرژی نورانی تحریک کننده بوسیله یک لامپ فلاش محتوی گاز اگزنول که مونو کریستال را احاطه کرده است تشکیل می گردد و در داخل دستگاه دو آینه نیمه انعکاسی بطور موازی قرار دارند و به دسته های اشعه فرصت می دهند که خارج شوند. گاهی اوقات بجای آینه یک منشور قرار داده می شود و اغلب اوقات منشور دنباله همان مونوکریستال تشکیل می شود.در اثر لامپ فلاش در محفظه یک ضربان نوری بوجود می آید که زمان آن برحسب انرژی مصرفی می باشد.

 

«« نکات مورد نظر در جوشکاری لیزری »»

1.شدت حرارت بالا از انواج نورانی لیزر بدست می آید.

2.هنگام تبدیل اشعه لیزر به صورت نور می تواند از دو محیطی مانند هوا خلاء , گازهای خنثی.

3.نیاز به تماس میکانیکی با قطعه کار مانند روشهای دیگرندارد و از طرفی قطعه مورد نظر برای جوشکاری نیاز به قابلیت هدایت الکتریکی ندارد.

4.هنگام متمرکز شدن اشعه لیزری که یک سیستم ساده است می توان آنرا به سهولت خم ـ مستقیم و بصورت انعکاسی در آورد.

5.جوشکاری لیزری بوسیله انرژی ماکزیمم و مینیموم تعشعشعی آن و مدت ضربان و تعداد متوسط این ضربه ها و نیز قدرت بزرگنمایی مشخص می شود.

       وقتی یک اشعه     LAZARروی یک سطح فلزی برخورد می کند درجه حرارت آن سطح را تقریبا ً بطور آنی اقزایش می دهد و حرارت سریعا ً به داخل فلز منتقل میشود جوشکاری لیزر بر اساس شدت تابش دسته های نورانی می باشد که از کریستال خارج می شوند و با برخورد آن به قطعه کار تمرکز این پرتوها دو قطعه به همدیگر پیوند می خورند. مقدار حجم فلز بستگی به شدت و انرژی دارد که بوسیله ستون لیزر منتقل می گردد.

سرعت عمل جوشکاری و ضخامت فلز جوش دادنی بستگی به سرعت حرارت دارد که با فلز تماس پیدا میکند. مقدار انرژی که برای عمل جوشکاری لازم است مستقیما ً به حجم فلز بستگی دارد که بایستی به نقطه ذوب برسد از طریق جوش لیزری می توان اجسام مختلفی را بهم جوش داد مانند اجسام غیر هم جنس فلزات نیکل , مس تانتالم ـ فولاد ضد زنگ ـ آلومنیم ـ

 

جوشکاری ( جوش زیر پودری )

جوش زیر پودری یک فرایند جوش قوس الکتریکی است که در آن گرمای لازم برای جوشکاری توسط یک یا چند قوس بین یک فلز پوشش نشده، یک یا چند الکترود مصرفی و یک قطعه کار تامین می شود. قوس توسط لایه ای از فــلاکس پودری قابل ذوب شدن که فلز جوش مذاب و فلز پایه نزدیک اتصال را پوشانده، و فلز جوش مذاب را از آلودگی های اتمسفر حفاظت می کند پوشیده می شود. اصول عملیات:درجوش زیر پودری جریان الکتریکی از قوس و حوضچه مذاب جوش که ترکیبی از فلاکس مذاب و فلزجوش مذاب است می گذرد. فلاکس مذاب معمولا", هادی خوب جریان الکتریسته است، در حالی که فلاکس سرد, هادی نیست. پودر جوش می تواند اکسیدزداها و ناخالصی زداهایی که با فلز جوش واکنش شیمیایی می دهند را نیز تامین کند علاوه براینکه یک لایه محافظ ایجاد می کند. فلاکس های جوش زیر پودری فولادهای آلیاژی همچنین می توانند حاوی عناصر آلیاژی برای بهبود ترکیب شیمیایی فلز جوش باشند. . جریان الکتریکی از یک ژنراتور (ترانسفورماتور یا رکتی فایر) تامین شده، از اتصالات عبور می کند تا قوسی را بین الکترود و فلز پایه بر قرار کند را ذوب می کند که حوضچه مذاب را برای پرکردن اتصال تشکیل دهند. . . درکلیه انواع تجهیزات, غلطک های هدایـت با نیروی مکانیکی بطور پیوسته سیم الکترود مصرفی فلزی را از میان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالی که باید جوش شود می راند. سیم الکترود عموما" یک فولاد کم کربن با ترکیب شیمیایی دقیق که در یک قرقره یا بشکه پیچیده شده می باشد. سیم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوب می کند. فلاکس دانه ای در جلوی قوس ریخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوب نشده تــوسط سیستم مکش جمع کننده برای استفاده مجدد جمع آوری می شود. در جوش خودکار بازیابی فلاکس مجموعه ای از تجهیزات و یک لوله بازیابی فلاکس که درست پس از لوله تماس قرار گرفته است می باشد. ..جوش زیر پودری به هر دو روش نیمه خودکار و خودکار قابل انجام بوده و روش خودکار بخاطر مزایا بیشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روش نیمه خودکار جوشکار بصورت دستی یک تفنگ جوشکاری (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکس و الکترود را به محل اتصال تغذیه می کند را هدایـت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترل می کند. در روش جوش کاملا" خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طول مسیر جوش تغذیه و هدایـت کرده و نرخ رسوب را کنترل می کند.در کاربردهای خاصی جوش خودکار زیر پودری دو یا چند الکترود بصورت متوالی در یک اتصال تغذیه می شوند. الکترودها ممکن است کنار یکدیگر بوده و به یک حوضچه تغذیه شوند یا اینکه به اندازه کافی فاصله داشته تا پس از انجماد یکی حوضچه دیگری تشکیل شود و مستقلا" منجمد شوند. روش جدیدتر جوش قوس های پشت سرهم است که جوش چند پاس را دریک شیار اتصال برای افزایش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاری تامین می کندمزایا و محدودیت ها ::روش های خودکار و نیمه خودکار جوش زیر پودری در مقایسه با سایر روش های جوشکاری مزایا و معایب زیر را دارند: اتصالات را مـــی توان با شیار کم عمق آمـاده نموده که باعث مصرف کمترفلز پرکننده می شود. (در برخی کاربردها نیازی به شیار برای اتصالات بین ورق های با ضخامت کمتر از "4/1 نیست).پوشش برای حفاظت اپراتور از قوس نیاز نیست, اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصیه می شود.جوش را می توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و برروی سطح صاف یا استوانه ای یا لوله و از نظر تئوری با هر اندازه و ضخامتی انجام داد. این روش برای سخت کردن سطحی نیز مناسب است.فـــلاکس به عنوان اکسیدزدا و آخال زدا برای خارج کردن ترکیبات ناخواسته از حوضچه جوش عمل می کند تا جوش سالم و باخواص مکانیکی مناسب ایجاد کند.سیم هـــای الکترود ارزان برای جوش فولادهای غیرآلیاژی و کم کربن استفاده می شوند. (معمولا" سیم های فولادی کم کربن بدون پوشش یا با پوشش نازک مسی برای هدایت بهتر و جلوگیری از خوردگی می باشند). جوش زیر پودری را می توان در زیر وزش بادهای نسبتا" شدید جوشکاری نمود. ذرات فلاکس حفاظت بهتری انجام می دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاری الکترود دستی.

محدودیتهای جوش زیر پودری که برخی در روش های دیگر جوشکاری نیز وجود دارند به شرح زیر است: پودرجوش: تجهیزات حمل فلاکس و سازه نگهدارنده مخزن پودر، اتصالات دیگر و همچنین صفحه نوار یا حلقه پشتبند نیز مورد نیاز می باشد.پودر جوش ممکن است به آلودگی هایی آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند.برای دستیابی به یک جوش خوب فلز پایه باید، یکنواخت بدون پوسته اکسیدی, زنگ, غبار و روغن و سایر آلودگی ها باشد.جداشدن سرباره از جوش در برخی موارد به سختی صورت می گیرد. در جوش های چند پاس پس از هر عبور باید سرباره جوش برداشته شود تا از باقی ماندنش درون فلز جوش جلوگیری شود. این روش معمولا" برای جوش فلزات با ضخامت کمتر از 3/16", بخاطر Burn Through مناسب نمی باشد.مگر در کاربردهای خاص شدیدا " به مسطح بودن وضعیت جوشکاری محدود است، زیرا مسطح بودن و افقی بودن وضعیت برای جلوگیری از ریختن فلاکس لازم است.

فلزات مناسب جوش زیر پودری:جوش زیر پودری برای همه فلزات و آلیاژها مناسب نیست. برای سهولت فلزات و آلیاژها را می توان با توجه به مناسب بودن آنها برای جوش زیر پودری به سه دسته تقسیم کرد: فلزات بسیارمناسب، فلزات اندکی مناسب و فلزات غیرمناسب فلزات بسیارمناسب: جوش زیر پودری بیشترین استفاده را در جوش فولادهای غیرآلیاژی (فولاد ساده ) کم کربن حاوی کمتر از %30/0 کربن, کمتر از% 5 0/0 فسفر و کمتر از % 5 0/0 گوگرد دارد. اغلب مثال های این مقاله به این فولادهامربوط است, که محدوده تنش تسلیم آنها حدود 000/45 تا Psi 000/85 است و معمولا با فلاکس و الکترود AWS 15.17 – 69 (مشخصات فنی فلاکس ها و الکترودهای فولادهای آرام ساده برای جوش قوس زیر پودری) جوش می شوند. فولادهای کربن متوسط و کم آلیاژ ساختمانی در رده فولادهای مناسب جوش زیر پودری هستند اگرچه اغلب به پیشگرم، پس گرم و استفاده از فلاکس و سیم الکترودهای ویژه نیاز دارند. فولاد ضد زنگ, فولاد کربنی آلیاژی قابل سخت شدن, و فولاد ساختمانی پراستحکام نیز با روش جوش زیر پودری جوشکاری می شوند. روش جوشکاری این فولادها مستقلا" در مقالات دیگر با عنوان جوشکاری فولادهای کربنی قابل سخت شدن, فولادهای آلیاژی و فولادهای ضد زنگ توضیح داده شده است. جوش زیر پودری همچنین برای ایجاد پوشش های مقاوم به سایش برای موقعیـت هایی که تحت سایش هستند بکار می رود. فلـــزات اندکی مناسب : بــرخی فلزات و آلیاژهایی را که می شود به روش جوش زیر پودری جوش داد، بیشتر با روش هایی جوش می دهند که منطقه حرارت داده شده باریک تر باشد. برخی فولادهای ساختمانی پراستحکام کم کـــربن جزء این گروه هستند زیرا استحکام ضربه و کشش مورد نیاز در روش جوش زیر پودری به سختی بدست می آیند.

فولادهای پرکربن, فولادهای مار تنزیتی, و مس و آلیاژهای مس نیز جزء این گروه هستند. فلــزات نامناسب: چدن را معمولا" نمی توان به روش جوش زیر پودری جوش داد, زیرا نمی تواند تنش های حرارتی ناشی از گرمای ورودی را تحمل کند. با این حال مثال 241 در مقاله جوش قوس چدن, کاربردی را که در آن چدن مالیبل به فولاد کم کربن جوش شده است را تشریح می کند. مسائلی که در جوش فولاد آستنیته منگنزی و فولاد ابزار پرکربن رخ می دهند جوشکاری آنها را با هر روش معمولی دشوار می سازد.

آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیوم را نمی توان به روش زیر پودری جوش داد زیرا فلاکس مناسب برای آن پیدا نمی شود. سرب و روی بخاطر نقطه ذوب پایین مناسب جوش زیر پودری نیستند. تیـتانیوم در کاربردهای آزمایشگاهی به روش زیر پودری جوشکاری شده ولی فلاکس مناسب برای جوش آن تاکنون ارائه نشده است. جنبه های متالورژیک :سه ویژگی جوش زیر پودری در جریان های بالا نیازمند توجه ویژه است : الف) در صد بالای فلز پایه در جوش هنگامی که قطب معکوس جریان مستقیم استفاده شود. ب) مقدار زیاد سرباره تولید شده در عملیات . ج) گرمای ورودی زیاد که ریز ساختار را تحت تاثیر قرارمی دهد. هنگامی که درصد فلز پایه در رسوب فلز جوش بالا باشد, به حداقل رساندن ناخالصی های مضر مانند فسفر و گوگرد بسیار اهمیت دارد.مقدار زیاد سرباره عموما" منبعی از سیلیسیم یا منگنز است که ممکن است مقداری از آن به رسوب فلزجوش منتقل شود. لذا معمولا" هنگام استفاده از فلاکس های پرسیلیسیم، از سیم الکترود کم سیلیسیم (حداکثر % 05/0 سیلیسیم) استفاده می شود تا از جذب سیلیسیم اضافی توسط فلز جوش جلوگیری شـود. همچنین از سیم الکترود کم منگنز حاوی کمتر از 0.50% منگنز معمولا" بـــا فلاکس های پـٌر منگنز استفاده می شود. سیــــم الکترود پرمنگنز حاوی %2 منگنز عموما" با فلاکس های کم منگنز استفاده می شوند. گرمای ورودی زیادی که ازجوشکاری در جریان زیاد ناشی می شود (تا حدود 1500 آمپر) در سرعت های حرکت پایین باعث تغییر ساختار در منطقه متاثر از حرارت شده و استحکام ضربه را کاهش و استحکام کششی و دمای تبدیل تردی به نرمی را افزایش می دهد.

تغییرات ریز ساختار : افزایش تغییرات ساختار فلز پایه به چهار عامل وابسته است://حداکثر دمایی که فلز در آن قرارداده می شود //زمان آن دما//ترکیب شیمیایی فلز پایه //سرعت سرد شدنساختار فلز جوش ستونی است زیرا از مرزجامد شروع شده و فقط در یک جهت امکان رشد دارد. در فولاد کربنی قابل سخت شدن امکان درشت شدن ساختار منطقه نزدیک قسمت جوش از فلز پایه بخاطررسیدن به دمای حدود 2800 تا 2200 فارنهایت وجود دارد.فلزی که در دمای 1700 تا 2200 فارنهایت گرم شده نواری از دانه های نازک تر دارد. اگرچه این منطقه در بیشتر از دمای دگرگونی فاز گرم شده, ولی زمان باقی ماندن در این دما برای درشت ساختار شدن کافی نبوده است. منطقه بعدی 1700 تا1400 فارنهایت، منطقه ای است که فولاد باز پخت شده و به مقدار قابل توجهی نرم تر از منطقه مجاور جوش است. فلز پایه دورتر از این منطقه نیز تغییر نکرده باقی می ماند. اندکی کاربید کروی شده بخاطر باقی ماندن در حدود 1330 فارنهایت، ممکن است ایجاد شود. پیش گرم و پس گرم کردن, اصول پیش گرم کردن و پس گرم کردن برای جوش زیر پودری مشابه سایر روش های جوشکاری است. پیش گرم و پس گرم برای فولادهای سختی پذیر, مخصوصا" فولادهایی که کربن آنها از حدود %3/0 و ضخامت آنها بیشتر از "4/3 باشد بکار می رود.کاهش سرعت سردشدن که در اثر پیش گرم رخ می دهد، زمان ماندگاری در دمای بالاتر از شروع تغییر حالت مارتنزیتی را افزایش می دهد و لذا تغییر حالت آستنیت به پرلیت ظریف تر بجای مارتنزیت سخت را افزایش می دهد. در منطقه جوشی که پیش گرم شده نسبت به جوش پیش گرم نشده احتمال کمتری وجود دارد که فاز سخت تشکیل شود. همچنین بخاطر سرعت سرد شدن کمتر در فولاد های پیش گرم شده, خطر ترکیدگی جوش و تنش های حرارتی کاهش پیدا می کند. پـــس گــرم کردن هنگام نیاز به تنش زدایی حرارتی, بازپخت, نرمالایز کردن یا تمپرکردن بکارمی رود.

منابغ تغذیه:منابع تغذیه جوش زیر پودری عبارتند از:الف) موتور ژنراتور و ترانسفورماتور رکتی فایر, با خروجی جریان مستقیم (DC) . ب)ترانسفورماتور با خروجی جریان متناوب (AC) هر دو جریان های مستقیم و متناوب درجوش زیر پودری نتایج قابل قبولی ارائه می دهند. اگرچه هر کدام در برخی کاربردهای خاص معایب ناخواسته ای دارند- بسته به شدت جریان، قطر سیم الکترود, و سرعت حرکت –که در لیست زیر ذکر شده اند: جوش نیمه خودکار با الکترود "64 / 5 یا "32/3 در جریان مستقیم 300 تا 350آمپر، استفاده از جریان مستقیم ارحج است. جوش خودکار با یک الکترود در جریان پایین (300تا 500 آمپر) و سرعت حرکت بالا (40 تا 200 اینچ در دقیقه)، استفاده از جریان مستقیم ارحج است. جوش خودکار با یک الکترود و جریان متوسط (600 تا 900 آمپر) سرعت حرکت 10 تا 30 اینچ در دقیقه، هم جریان مستقیم و هم متناوب استفاده می شوند.

جوش خودکار با یک الکترود و جریان بالا (1200 تا 21500 آمپر) سرعت حرکت 5 تا 10 اینچ در دقیقه, استفاده از جریان متناوب ارحج است. جوش خودکار با بیش از یک الکترود و در حالت پشت سرهم و جریان هر کدام از الکترودها 500 تا 1000 آمپر با هم الکترودها، جریان متناوب (یا جریان مستقیم در الکترود جلویی ) استفاده می شود. جوش خودکار با دو الکترود در عرض هم, باهر دو جریان مستقیم و جریان متناوب استفاده می شود.

سیستم های تغذیه سیم جوش: تجهیز تغذیه سیم الکترود جوش زیر پودری از دو نوع سیستم کنترلی برای کنترل سرعت تغـــذیه سیم (سیستم های حساس به ولتاژ و سیستم های سرعت ثابت) استفاده می کنند. سیستم های کنترلی حساس ولتاژ با منبع تغذیه های جریان ثابت و سیستم های کنترل سرعت ثابت با منبع تغذیه های ولتاژ ثابت استفاده می شوند. سیم الکترود جوش زیر پــودری:سیم های الکترود جوش زیر پودری فولاد در اندازه های مختلف تولید می شوند. پوشش نازکی از مس برای بهبود هدایت الکتریکی و بالا بردن مقاومت در برابرخوردگی بر روی سیم ایجاد می شود.ترکیب شیمیائی سیم الکترود به ترکیب شیمیائی فلز جوش و خواص مکانیکی و انتخاب نوع خاص الکترود و ترکیب آن به جنس فلز قطعه و نوع فلاکس وابسته است. برای رسیدن به نرخ رسوب بالاتر می توان از دو یا چند الکترود نازک تر بجای یک الکترود ضخیم تر استفاده کرد. کاهش قطر الکترود باعث افزایش چگالی جریان و فشار پلاسما جت و افزیش عمق نفوذ و باریک شدن باند جوش می شود.الف) همـــه الکترودها علاوه برمقادیر جدول حداکثر دارای % 35 0/0 گوگرد, % 030/0 فسفر, %15/0مس (غیراز پوشش) و % 50/0 سایر عناصر می باشند. ب) به علاوه حاوی 05/0 - 15/0 تیتانیوم, 2 0/0 - 12/0 زیرکونینوم, 5 0/0 تا 15/0 آلومینیوم و تا 50/0 درصد سایر عناصر نیز می باشد. ساده ترین روش برای جلوگیری از تشکیل پرلیت و فریت گوشه دار استفاده از حدود %5/0 مولیبدن و %200/0 بــُر در ترکیب فولاد است, که با کاهش آهنگ تشکیل محصولات دگرگونی در دمای بالا باعث ایجاد فاز بینیت می شود. لذا استحکام کششی و تسلیم را افزایش می دهد.

پـودرهای جوش زیر پودری :پودرهای جوش زیر پودری به سه شکل وجود دارند. پودرهای ترکیب شده پودرهای چسبیده شده پودرهای آگلومره پودرهای ترکیب شده: برای تولید پودرهای ترکیب شده ابتدا اجزاء بصورت خشک مخلوط سپس دریک کوره الکتریکی ذوب و با پاشش آب سرد یا ریختن روی صفحه سرد منجمد می شود. مزایای این نوع پودر عبارت است از :کاملا توزیع ترکیب شیمیائی یکنواخت دارند. می توان خاکه آن را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی جدا کرد.محصول رطوبت گیر نیست و مسائل ذخیره سازی و نگهداری ساده تر دارد.پودرهای ذوب نشده را می توان چندین دور مورد استفاده قرار داد (بدون تغییر قابل توجه). مناسب برای جوشکاری با بیشترین سرعت محدودیت : محدودیت مهم این پودر ها عدم امکان افزودن اکسید زداها و فرو آلیاژها بخاطر دمای حلالیت بالای آنها است.پودرهای چسبیده شده: برای تولید پودرهای چسبیده شده مواد خام تا اندازه D * 100 آسیاب می شوند. بصورت خشک با هم مخلوط شده و با افزودن سیلیکات پتاسیم یا سیلیکات سدیم به هم چسبیده می شوند.

مخلوط حاصل به شکل گلوله درآمده و در دمای پایین خشک می شوند و بصورت مکانیکی خرد شده و دانه بندی می شوند. مــزایــا :-بخاطر دمای تولید پایین, اکسید زداها و فرو آلیاژها دراین روش قابل افزوده شدن هستند.-چگالی پودر پایین تر است و امکان استفاده از لایه ضخیم تر فلاکس برروی منطقه جوش وجود دارد. -سرباره ایجاد شده بر روی جوش پس از سردشدن بهتر جدا می شود. محدودیت :محدودیت های مهم این روش عدم امکان جداکردن خاکه بدون تغییر در ترکیب شیمیایی و حساسیت بالا به جذب رطوبت است.پودرهای آگلومره: روش تولید مشابه پودرهای چسبیده شده است غیر از اینکه از یک الک سرامیکی استفاده می شود. در این نوع پودر نیز برای استفاده از اکسید زداها و فرو آلیاژها بخاطر دمای Curing بالای الک (1400 oc) مانند پودرهای ترکیب شده محدودیت وجود دارد.دانه بندی: اندازه دانه های پودر جوش بخاطر تاثیر برمصرف بهینه پودر جوش در جریان های جوش مختلف حائض اهمیت است. در جریان های بیشتر از 1500 آمپر باید از درصد ذرات ریز بیشتر و ذرات درشت کمتر استفاده کرد.

پودرهای چسبیده شده که در جریان های کمتر استفاده می شوند بستگی کمتری به اندازه ذرات دارند و عمدتا" در یک سایز تولید می شوند. حداکثر جریان مناسب برای این نوع پودر 800 تا 1000 آمپر است. در حالی که برخی انواع پودر ترکیب شده (انواع سیلیکات کلیسم اصلاح شده ) را تا 2000 آمپر نیز می توان بکار برد. ترکیب پودرهای جوش::درزمان پیشرفت فرایند جوش زیر پودری در اواسط دهه 1930 پودرهای ترکیب شده حاوی ترکیبات سیلیکاتی استفاده می شدند که عمدتا" حاوی آلومینا سیلیکات منیزیم، کلسیم و منگنز بودند. ترکیبات مورد مصرف در سراسر دنیا ترکیبات سیلیکات منگنز ارائه شده درجدول1 بودند. برای تنظیم محدوده ذوب و ساختار آن از دیاگرام MnO – SiO2 استفاده می شد. نتیجه جوشکاری با پودرهای چسبیده شده تقویت شده، پس از ذوب و انجماد جوش در فلز جوش مشابه پودر ترکیب شده است. فروسیلیم و اکسید منگنز و سیلسیم فلاکس ترکیب می شوند. لذا مقدار MnO نسبت به SiO2 که برای جوش زیر پودری مناسب است در قسمت جوش باقی می ماند.انواع پودرهایی که در جدول1 توضیح داده شده برای دستیابی به خواص پیشرفته تر و هزینه اقتصادی تر و ظاهر مناسب تر گرده جوش در مقادیر کمتر منگنز اصلاح شده اند. برخی ترکیبات پودرها با بازیسیته بیشتر (که مقادیر CaF2, CaO دارند) خواص مکانیکی بهتری در فلز جوش ارائه می دهند و افزودن تیتانیوم پایداری قوس بیشتر و اکسید فلزات خاص ظاهر جوش را در فولادهای آلیاژی بهبود می دهند. برای رسیدن به ظاهر جوش مناسب در جوشکاری پرسرعت ورق ها خواص دمایی گرانروی فلاکس را باید تنظیم کرد. فلاکس های کاربردهای خاص برای منظورهای خاص طراحی می شوند. مقایسه پودر جوش زیر پـــودری با پوشش الکترود:پودرهای جوش زیر پودری در مقایسه با مواد بکار رفته در پوشش الکترودهای جوشکاری الکترود دستی چند تفاوت عمده دارند. فلاکس های جوش الکترود دستی حاوی ترکیباتی مانند سلولز برای ایجاد گاز محافظ است. همچنین ترکیباتی با تابع کاری پایین مانند اکسید سدیم و اکسید پتاسیم برای کمک به شروع قوس و پایداری آن و مواد دیگری برای تقویت نفوذ, نرخ ذوب و استفاده از قطب های مختلف جریان به پوشش الکترود اضافه شوند. که پودرهای جوش زیر پودری غالبا" به این ترکیبات نیازی ندارند, زیرا وجود سرباره مذاب و دانه های کروی پودر از قوس حفاظت کرده و نیازی به گاز محافظ نیست. وجود ترکیبات سیلیس و فلوراید عموما"پایداری مطلوب قوس را تضمین می کند و حداقل %10 فلوراید کلسیم برای بهبود سیالیست فلاکس مذاب به سیلیکات های فلزی پودر اضافه می شوند.پوشش های الکترود های جوش قوس الکترود دستی بخاطر اینکه باید قابل اکسترود باشد و سایر ملزومات تولید دارای فــرمول پیچیده اند وبرعکس آن پودرهای جوش زیر پودری ازترکیبات معدنی ساده و از سیستم های دوتایی, سه تایی و یا چهار تایی انتخاب می شوند. رایج ترین فلاکس ها از سیستم MnO – SiO2 و یا CaO - SiO2 تشکیل شده انـــد که می توانند با اکسیدهای آلومینیم, منیزیم, زیرکونیوم و تیتانیوم ترکیب شود و فلاکس های کاربردهای خاص را به وجود آورند.فلاکس های الکترودهای پوشش و فلاکس های جوش زیر پودری به روش های متفاوتی دسته بندی می شوند.

استانـــدارد AWS A5.1-6 الکترودهـــا را برحسب نوع مواد پوشش فلاکس دسته بندی می کند. و استاندارد A 5.1 7-69 برای دسته بندی پودر جوش زیر پودری به طبیعت شیمیایی فلاکس ارتباطی ندارد فقط به خواص مکانیکی رسوب جوش که با الکترود مخصوص به وجود می آید مربوط است. در عمل بیشتر الکترود و فلاکس جوش زیر پودری از روی ظاهر جوش انتخاب می شوند تا در نظر گرفتن جنبه های فنی. نقطه ذوب و نرخ ذوب پودرهــای جوش:یک پودر جوش موثر باید دردمای بالا به خوبی سیال باشد و لایه روان و محافظ برروی فلز جوش ایجاد نماید و آنرا از اکسید شدن حفاظت کرده ولی در دمای اتاق ترد باشد و به آسانی از روی جوش جدا شود. نقطه ذوب و چگالی فلاکس نیز باید کمتراز فلز جوش باشد که گازهای تولید شده بین فلز و سرباره بتوانند وارد سرباره شوند و برای تکمیل وظیفه سرباره سازی باید فلاکس پس از تکمیل انجماد فلز جوش منجمد شود. لذا حد بالایی دامنه ذوب پودر جوش زیر پودری حدود 1300 oC می باشد. مقدار فلاکس ذوب شده در هر دقیقه به ولتاژ و جریان جوش بستگی دارد و در جریان ثابت مقدار پودر ذوب شده در هر دقیقه با افزایش ولتاژ جوش افزایش می یابد. در عمل معمولا" وزن فلاکس ذوب شده و وزن الکترود ذوب شده برابرند. تاثیر فلاکس بر ترکیب فلز جوش:واکنش های بین فلز جوش مذاب و پودر جوش ذوب شده در ضمن جوشکاری زیر پودری شبیه واکنش بین مذاب و سرباره در فولاد سازی است. و لذا وظیفه سرباره مذاب کاهش ناخالصی های فلز جوش و تامین عناصری مانند منگنز و سیلیکون برای فلز جوش است. چنانچه در قسمت الف شکل 4 مشاهده می شود با افزایش MnO درسرباره تا حدود 10 درصد مقدار منگنز فلز جوش افزایش سریع دارد که به تدریج مقدار این افزایش کم می شود. لذا بسیاری از فلاکس ها حاوی حدود %10 اکسید منگنز است. رابطه مقدار SiO2 موجود در فلاکس و مقدارSi فلز جـــوش متفاوت است و تا هنگامـــی که SiO2 موجود در سرباره حدود %40 باشد سیلیسم اندکی جذب نمی شود لذا فلاکس های تجاری و مخصوصا" فلاکس هایی که برای جوش های با چند پاس تولید می شوند مقدار زیاد حدود %40, SiO2 دارند. برخی فلاکس ها می توانند فروآلیاژها را برای جوش تامین کنند. اکسیدهای فلزی موجود در پودر مانند NiO, MnO3, Cr2O3 باعث انتقال عناصر فلزی از سرباره به فلز جوش شوند. مقدار Cr2O3 فلاکس, ترکیب الکترود, ترکیب فلز پایه ای که بر روی آن فلز جوش رسوب می کند بر مقدار سیلیسم باقی مانده در فلز جوش تاثیر می گذارند.همه عواملی که زمان واکنش فلز - سرباره یا متوسط دمای حوضچه جوش را تغییر دهد, برتوزیع عناصر آلیاژی باقی مانده در فلز جوش تاثیر خواهد گذاشت. در شرایط طبیعی جوشکاری, سرعت حرکت مهمترین عامل در رسوب عناصر آلیاژی است و نیز افزایش ولتاژ عموما" باعث افزایش عناصر فلزی منتقل شده به فلز جوش می شود.*****گرانروی و هدایت سرباره ها :برای اینکه فلاکس در برابر نفوذ گازهای اتمسفری مقاوم باشد باید گرانروی آن در منطقه جوش به اندازه کافی بالا باشد که در ضمن بتواند از سرریز شدن فلز مذاب و حرکت آن به سمت جلوی قوس که ممکن است باعث حبس سرباره در زیر فلز جوش مذاب شود جلوگیری کند. از طرف دیگر به اندازه کافی سیال باشد که حل شدن سریع اجزاء غیر فلزی مانند اکسیدها و خارج شدن گازها از فلز مذاب را ممکن سازد. ویسکوزیته فلاکس مذاب در دمای oC1400 در حدود 2 تا 7 poises می باشد.دانه های پودر جوش در دمای اتاق عایق الکتریکی هستند و مقاومت آنها با افزایش دما کاهش می یابد و سرباره های مذاب در دمای حوضچه جوش بسیار هادی هستند. روابط الکتریکـی :روابط الکتریکی منطقه جوش توسط نوع فلاکس و روش جوشکاری تعیین می شود.. بررسی های نوسان نگاری، اسپکتوگرافیک و رادیو گرافیک, قوس طبیعی را در هنگام جوشکاری زیر پودری نشان مــی دهند. برای محاسبه روابط الکتریکی ثبت ولتاژ در بررسی های نوسان نگاری مهمترین عامل است. شرایـط جوش:دانسیته جریان الکتریسته در سیم الکترود جوش زیر پودری در مقایسه با مقدار آن در جوش الکترود دستی چندین برابر بزرگتر و نرخ ذوب و سرعت جوشکاری نیز بیشتر است. ارتباط بین ولتاژ معمول تجهیزات صنعتی و جریان نشان داده شده است. برای این داده ها فرض شده که هر یک از تنظیمات جریان جوشکاری دامنه ای حدود 10 ولت دارد، که در این محدوده جوش سالم در ولتاژهای بالاتر گرده جوش پهن تر و در ولتاژهای پایین تر گرده جوش باریکتر می دهند. در ولتاژ جوشکاری و مجموع و پتانسیل کاتد و آند با افزایش جریان جوشکاری افزایش می یابند. و در هر جریانی با کاهش ولتاژ و یا مجموع پتانسیل کاتد و آند مقدار پودر ذوب شده کاهش می یابد و به صفر نزدیک می شود. خطی نبودن کاهش پتانسل کاتد و آند نشان دهنده وجود هدایت الکترولیتی است.حداکثر سرعت جوشکاری قابل استفاده برای جوشکاری بدون عیب و رفتار پایدار, با جریان جوشکاری تغییر می کند. هنگامی Undercut رخ می دهد که جوشکاری در سمت راست خط مورب انجام شود.مثلا" جوش تک پاس را در ورق های به ضخامت 1 اینچ را می توان با 1500 آمپر و با سرعت 10 اینچ در دقیقه جوش داد. فاصله نازل : فاصله بین سطح فلز پایه و نوک لوله تماس (نازل) در گرمای وارده به جوش و لذا نرخ ذوب تاثیر می گذارد. زیرا نرخ ذوب الکترود جوش مجموع ذوب شدن براثر گرمای قوس و ذوب شدن براثر گرمای مقاومت الکتریکی (I2R) در طول الکترودی که از نازل خارج شده است می باشد. بسته به طرح اتصال و طول قوس, انتهای الکترود ممکن است بالاتر, هم سطح یا زیر سطح بالایی فلز پایه باشد.

نرخ ذوب ناشی از گرمای مقاومتی I2R در الکترود تابع نمایی از طول الکترود بین نازل و قطعه کار، جریان و قطر الکترود می باشد. افزایش مقدار ذوب بر اثر گرمای مقاومتی به شدت جریان و طول الکترود خارج از نازل وابسته است, که هر دو تابعی از قطر الکترود می باشند. نفـــوذ: نفوذ, عمق تشکیل رسوب جوش درشیار یا سطح فلز پایه است که معمولا" فاصله زیرسطح اصلی است، که فلز آن ذوب شده است. ولتاژ کم اهمیت ترین و جریان جوشکاری مهمترین عامل در محاسبه نفوذ و سرعت جوشکاری است. تاثیر متقابل ولتاژ, جریان و سرعت حرکت جوش بر مقدار نفوذ که از چندین آزمایش زیر پودری بدست آمده اند. برای سایر فرایندهای جوش قوس، GMAW وSMAW نیز رابطه خطی مشابهی بدست آمده است. شیب این خط مورب در فرایندهای مختلف متفاوت است و بیشترین مقدار آن مربوط به فرایندهایی است که از گازهای محافظ هلیم یا CO2 استفاده می کنند. ظرفیت حرارتی فلز جوش مذاب برای محاسبات گرمای ورودی و سرعت سردشدن دارای اهمیت هستند و با مقطع عرضی گرده جوش که نشان دهنده مقدار فلزی است که برای ذوب شدن گرم می شود، متناسب است. بازده تولید برای هر روش جوشکاری به اندازه گیری این ناحیه مربوط می شود. ارتفاع گرده جوش با افزایش جریان جوشکاری و کاهش سرعت حرکت جوشکاری افزایش می یابد و تاثیر ولتاژ برگرده جوش ناچیز است. رقــت: نسبت فلز پایه به رسوب فلز جوش عامل مهم در کنترل خواص مکانیکی فلز جوش است. رقت فلز جوش از فلز پایه را می توان از روی نسبت حجم گرده (سطح مقطع عرضی درطول گرده) بر فلز پایه حساب کرد.رقت فلز جوش از فلز پایه با افزایش نسبت جریان به سرعت جوشکاری افزایش می یابد. با افزایش ولتاژ نرخ ذوب الکترود اندکی کمتر شده و لذا باعث افزایش رقت می شود. بازیسیته پــودر جــوش : اندیس بازی پودر جوش (BI) معیار دیگری برای طبقه بندی پودرهای جوش است که مقدار اسیدی بودن روش تولید فلاکس را و همچنین فعال ، خنثی یا آلیاژی بودن فلاکس را مشخص می کند. اندیس بازی نسبت مجموع اکسیدهای فلزی با پیوند سخت به مجموع اکسیدهای فلزی با پیوند سست است . اندیس بازی برآوردی از مقدار اکسیژن فلز جوش است و لذا می تواند برای بیان خواص فلز جوش بکار رود. پودرهای جوش با بازیسیته بیشتر تمایل به داشتن اکسیژن کمتر و استحکام بالاتر در فلز جوش دارند. در حالی که پودرهای جوش اسیدی, جوشی با اکسیژن بیشتر ، ریز ساختار درشت تر و با مقاومت کمتر در مقابل تورق تولید می کنند.پودرهای جوشی با اندیس بازی بیشتر از 5/1 پودر جوش بازی و با اندیس بازی کمتر از یک ، پودر جوش اسیدی شناخته می شوند. پودرهای جوش اسیدی معمولا برای جوش های تک پاس مناسبند و رفتار جوش مناسب و در گرده جوش خاصیت ترکنندگی خوب دارند.علاوه برآن پودرهای جوش اسیدی در مقایسه با پودرهای جوش بازی مقاومت بیشتری در برابر ایجاد تخلخل ناشی از آلودگی های چون روغن ، زنگ و پوسته های نوردی در ورق دارند.پودرهای جوش بازی در مقایسه با پودرهای جوش اسیدی مقاومت به ضربه بهتری نشان می دهند. این مزیت در جوش چند پاس به وضوح مشهود است. پودرهای جوش با بازیسیته زیاد در جوش های بزرگ با چند پاس خواص ضربه خیلی خوب ودر جوش تک پاس خواص ضعیفتری را در مقایسه با پودرهای جوش اسیدی نشان می دهند.لذا مصرف پودرهای جوش بازی باید به جوش های بزرگ چند پاس که در آن استحکام ضربه خوب برای فلز جوش نیاز باشد محدود شود. منابع عیوب در جوش زیر پودری::جوش زیرپودری فرایندی با گرمای ورودی بالاست و در زیر لایه محافظ فلاکس انجام می شود ولذا امکان بروز عیوب جوش در این روش بسیار کمتر از سایر روش هاست . عیوبی که بعضا" در جوش زیرپودری رخ می دهند عبارتند از: ذوب ناقص ، سرباره باقیمانده درون جوش ترک انقباضی ترک هیدروژنی و تخلخل. ذوب ناقص و سرباره باقیمانده درون جوش اغلب ناشی از قرار گرفتن صحیح گرده جوش برروی درز جوش و یا از فرایند ناشی می شود. انحراف گرده جوش از محل خود باعث ایجاد چرخش و تلاطم فلز مذاب و اکسیژن تکه هایی از سرباره به درون فلز جوش شود. و اگر هم که گرده جوش دور از لب های اتصال باشند باعث عدم نفوذ کافی جوش به فلز پایه شود. گرده جوش تاجی شکل که براثر پایین بودن ولتاژ ایجاد می شود نیز احتمال بروز نفوذ ناقص و محبوس شدن سرباره را بخاطر مختل شدن حرکت یکنواخت مذاب تشدید می کند. ترک انقباضی :ترک انقباضی در وسط طول گرده جوش زیر پودری هنگامی رخ می دهد که شکل گرده جوش و یا طرح اتصال مناسب نباشد و یا مواد جوش غلط انتخاب شده باشند.متمایل به ترک انقباضی در جوش با گرده جوش محدب و به شکل گرده ماهی هنگامی که نسبت پهنا به ارتفاع آن بیشتر از یک باشد کمتر است. هنگامی که عمق نفوذ جوش زیاد باشد تنش های انقباضی باعث ترک طولی در وسط جوش می شود و خطر این ترک می تواند براثر طرح اتصال نامناسب تشدید شود. مواد مستحکم تر بدلیل تنش بیشتر در جوش تمایل بیشتری به ایجاد ترک دارند. لذا هنگام استفاده از این مواد باید در انتخاب مواد جوش, آماده سازی طرح اتصال, دمای پیش گرمایش و دمای بین پاس ها کاملا دقت شود. ترک هیدروژنی ::ترک هیدروژنی یک فرایند کند است و برخلاف ترک انقباضی که بلافاصله پس از جوش ظاهر می شود ایجاد آن تا روزها پس از جوش نیز می تواند ادامه یابد. برای کاهش خطر ترک هیدروژنی باید همه منابع هیدروژن مانند آب ، روغن و آلودگی های موجود در فلاکس الکترود و سطوح اتصال حذف شوند و ورق فلاکس و الکترود کاملا" تمیز و خشک باشند.فلاکس و الکترود را باید در محل های خشک و مقاوم به رطوبت نگهداری کرد و چنانچه در معرض رطوبت قرار گرفت باید طبق دستور سازنده مجددا" خشک شوند.انتخاب مواد جوش مناسب برای فولادهای پراستحکام مقاومت جوش را در برابر ترک هیدروژنی افزایش می دهد. مواد جوش ویژه مقاوم در برابر ترک هیدروژنی ساخته می شوند که قابلیت نفوذ هیدروژن در جوش را کاهش می دهند. پیش گـــرمایش قطعه کار خطر ترک هیدروژنی را باز هم کاهش می دهد. قطعات ضخیم گرمای پیش گرم را تا ساعت ها پس از جوشکاری در قطعه نگه می دارند. لذا خطر ترک هیدروژنی در این قطعات کمتر است. دمای پیش گرم مناسب بیشتر از oC100 است زیرا در این دما هیدروژن درون فولاد کاملا متحرک است و به خروج بیشترین مقدار هیدروژن از فولاد کمک می کند. تخلخل: درجوش زیر پودری سرباره حفاظت خوبی از مذاب انجام می دهد و لذا تخلخل ناشی از ورود گاز به مذاب در جــوش. زیر پودری معمول نیست. در جوش زیرپودری منشاء تخلخل ممکن است از درون مــذاب و یا فشردگی هایی در سطح گرده جوش باشد. برای کاهش تخلخل در جوش زیر پودری باید پوشش فلاکس کافی باشد و ورق، الکترود و فـــلاکس از همه آلودگی ها از جمله رطوبت روغن و غیره پاک باشند. در سرعت های بیش از حد جوش کاری نیز حباب های گاز فرصت خارج شدن از مذاب را پیدا نمی کنند که در صورت وجود حباب ها درست در زیر سرباره برای کنترل آن باید سرعت پیشروی جوشکاری را اندکی کاهش داد.

 

جوشکاری با اشعه لیزر

لیزر یک نام اختصاری به معنی تقویت نور با انتشار برانگیخته تابش است . فرآیند به برخورد یک اشعه نور تکرنگ همفاز جهت دار و شدید به قطعه کاری که ماده به وسیله تبخیر از آن خارج میشود بستگی دارد .

جوشکاری و برشکاری با استفاده از اشعه لیزر از روشهای نوین جوشکاری بوده که در دههای اخیر مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر کیفیت ، سرعت و قابلیت کنترل آن به طور وسیعی در صنعت از آن استفاده می شود .به وسیله متمرکز کردن اشعه لیزر روی فلز یک حوضچه مذاب تشکیل شده و عملیات جوشکاری انجام می شود .
اصول کار و انواع لیزرهای مورد استفاده در جوشکاری :

به طور عمده از دو نوع لیزر در جوشکاری و برشکاری استفاده می شود : لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG و لیزرهای گاز مثل لیزر CO2 . در زیر اصول کار لیزر Ruby که از آن بیشتر در جوشکاری استفاده می شود توضیح داده می شود . این سیستم لیزر از یک کریستال استوانه ای شکل Ruby (Ruby یک نوع اکسید آلومینیوم است که ذرات کرم در آن پخش شده اند . ) تشکیل شده است . دو سر آن کاملا صیقلی و آینه ای شده و در یک سر آن یک سوراخ ریز برای خروج اشعه لیزر وجود دارد . در اطراف این کریستال لامپ گزنون قرار دارد که لامپ فوق برای کار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانیه طراحی شده است . لامپ گزنون با استفاده از یک خازن که حدود 1000 بار در ثانیه شارژ و تخلیه شده فلاش می زند و هنگامی که کریستال Ruby تحت تاثیر این فلاش ها قرار بگیرد اتمهای کرم داخل شبکه کریستالی تحریک شده و در اثر این تحریک امواج نور از خود سطع می کنند و با باز تابش این اشعه ها در سطوح صیقلی و تقویت آنها اشعه لیزر شکل می گیرد . اشعه لیزر شکل گرفته از سوراخ ریز خارج شده و سپس به وسیله یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده که بر اثر برخورد انرژی بسیار زیادی در سطح کوچکی آزاد می کند که باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب می شود .

محدودیت لیزر Ruby پیوسته نبودن اشعه آن است در حالیکه انرژی خروجی ان بیشتر از لیزر های گاز مانند لیزر CO2 است که در آنها اشعه حاصله پیوسته است، از لیزر CO2 بیشتر به منظور برش استفاده می شود و از لیزر ND:YAG بیشتر برای جوشکاری آلومینیوم استفاده میشود .

از انجا که در این روش مقدار اعظمی از انرژی مصرف شده به گرما تبدیل می شود این سیستم باید به یک سیستم خنک کننده مجهز باشد .

در جوشکاری لیزر دو روش عمده برای جوشکاری وجود دارد : یکی حرکت دادن سریع قطعه زیر اشعه است تا که یک جوش پیوسته شکل بگیرد و دیگری که مرسوم تر است جوش دادن باچند سری پرتاب اشعه است .

در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند میکروثانیه انجام می گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد .

طراحی اتصال در جوشکاری لیزر : بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ازطرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود .

مزایای جوشکاری لیزر :

-        حوضچه مذاب می تواند داخل یک محیط شفاف ایجاد شود ( باعکس روشهای معمولی که همیشه حوضچه مذاب در سطح خارجی آنها ایجاد می شود ) .

- محدوده بسیار وسیعی از مواد را مانند آلیاژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غیر همجنس و ... را میتوان به یکدیگر جوش داد .

- در این روش میتوان مکان های غیر قابل دسترسی را جوشکاری نمود .
- از آنجا که هیچ الکترودی برای این منظور استفاده نمی شود نیازی به جریانهای بالا برای جوشکاری نیست .

- اشعه لیزر نیاز به هیچگونه گاز محافظ یا محیط خلایی برای عملکرد ندارد .
- به خاطر تمرکز بالای اشعه منطقه HAZ بسیار باریکی در جوش تشکیل میشود .
- جوشکاری لیزر نسبت به سایر روشهای جوشکاری تمیز تر است .
محدودیت ها و معایب جوشکاری لیزر :

سیستم های جوشکاری لیزرنسبت به سایر دستگاههای سنتی جوشکاری بسیار گران هستند و در ضمن لیزرهایی مانند Ruby به خاطر پالسی بودن اکثر آنها از سرعت پیشروی کمی برخوردارند ( 25 تا 250 میلیمتر در دقیقه ) . همچنین این نوع جوشکاری دررای محدودیت عمق نیز می باشد .

موارد استفاده اشعه لیزر :

از اشعه لیزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشکاری استفاده می شود . این نوع جوشکاری در اتصال قطعات بسیار کوچک الکترونیکی و در سایر میکرو اتصال ها کاربرد دارد . از اشعه لیزر میتوان در جوش دادن آلیاژها و سوپر الیاژها با نقطه ذوب بالا و برای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده نمود . به طور کلی این روش جوشکاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده میشود . از این روش میتوان در صنعت اتومبیل و مونتاژآن برای جوش دادن درزهای بلند استفاده نمود.

جوشکاری لیزر ساخت مدلها را سرعت میدهد

لیزر هایَ StarWeld شرکت Rofin Baasel جایگاه ویژه ای در امور تحقیقاتی پیدا کرده است . یک آزمایشگاه تحقیقاتی اغلب نیازمند آنست که محصولات جدید را نمونه سازی کند تا زمان به بازار رسیدن محصول را کاهش دهد . سیستم های لیزر StarWeld با قابلیت جوشکاری انواع فلزات شامل مس ، فولادهای ابزار و تیتانیوم واکنون قابلیت ایجاد درز جوش و نقطه جوش قطعات حتی در زیر میکروسکوپ را دارند . جوشها می توانند از حدود 2.5 mm تا 60 میکرون ایجاد شوند . سیستم اصلی با ولتاژ استاندارد 240 ولت و 13 آمپر تغذیه می شود . اکثر افراد میتوانند در عرض 5 دقیقه یک جوش نسبتا خوب را با این سیستم انجام دهند .

 

کاربرد لیزر در صنعت چیست؟

کاربرد لیزر در صنعت چیست؟

ماشین‌کاری با لیزر که از گاز اکسیژن می‌توان برای افزایش بازده ماشین‌کاری بهره برد. مثلاً سوراخ‌کاری با لیزر، به علت اینکه برخورد فیزیکی بین ابزار لیزر و قطعه وجود ندارد بنابراین شکست و سایش سرمته حذف می‌شود. برشکاری: برای برش فولاد از لیزری با توان 1 تا kw200 استفاده می‌شود. همان‌طور که گفته شد جت اکسیژن می‌تواند به عمل برش کمک بسزایی کند. کنده‌کاری : مواد ترد مثل سیلیسیم، شیشه و سرامیک را با کنده‌کاری با لیزر می‌توان براده‌برداری و شکل‌دهی کرد. شکست کنترل شده : انرژی لیزر را می‌توان برای شکستن اجزاء دقیق مثل مدارها و یا اجزاء الکترونیک، به صورت کنترل شده بکار برد. برش اجزاء الکترونیک: بالانس دینامیکی اجزاء مدار: با برشکاری لیزر بالانس بسیار دقیق قابل انجام است. در این کار براده‌برداری با سرعت چند میلی‌گرم در هر پالس با سوراخ‌کاری عمیق انجام می‌شود. جوشکاری : در صنایع اتومبیل سازی برای جوشکاری درب‌ها و سقف اتومبیل به ندرت استفاده می‌شود.

 

لیزر

مقدمه

بدون شک لیزر یکی از برجسته‌ترین ابزار علمی و فنی قرن بیستم بشمار می‌آید .

پیشرفت سریع تکنولوژی لیزر از سال 1960 میلادی ، هنگامی که اولین لیزر با موفقیت تهیه شد ، شروع گردید . لیزر امروزه در زمینه‌های گوناگون از قبیل بیولوژی ، پزشکی ، مدارهای کامپیوتر ، ارتباطات ، سیستم‌های اداری ، صنعت ، اندازه‌گیری در زمینه‌های مختلف و … بکار برده می‌شود . لیزر یک منبع نور خاص است و بطور کلی با نور لامپهای معمولی ، چراغ برق ، نور فلورسانت و غیره تفاوت فاحش دارد و در مقایسه با سایر منابع نور : در رده‌ای با مشخصات فوق‌العاده نوری قرار دارد . این مطلب با عنوان اینکه نور لیزر از همدوستی (coherence) فوق‌العاده برخوردار است ، بیان می‌شود .

لیزر را می‌توان در مقایسه با سایر مولد‌های نوری که فقط نور را منتشر می‌کنند ، یک فرستنده نوری پنداشت . تا قبل از ظهور لیزر محدوده فرکانس امواج رادیوئی و محدوده نوری از نقطه‌ نظر همدوستی با یکدیگر اختلاف داشتند . در فیزیک رادیوئی بطور گسترده‌ای امواج همدوس مورد استفاده قرار می‌گیرند و این در حالی است که امواج نوری (اپتیکی) غیر همدوس نیز در اختیار است . در گذشته کتب درسی تنها مکانی بود که امواج لیزری مورد بحث قرار می‌گرفت . این امواج هنگامی واقعیت پیدا کردند که لیزر اختراع گردید .

دانش مربوط به لیزر در حقیقت علم تابش نور همدوس (coherence radiation) است گرچه این رشته از دانش فیزیک در حدود 20سال است ظهور نمود و در حال تکامل است . معذالک نمودهای نوظهور آن در معرض کاربردهای جالب قرار گرفته‌اند .

آنچه در این تحقیق مورد بحث قرار می‌گیرد کاربردهای لیزر و لیزر به عنوان سلاح مخرب و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری و قوانین بین‌الملل در مورد این تکنولوژی برتر می‌باشد .

 

 

 

بسوی لیزر

Light amptificationaly stimnlatcd emission of radiation

فکر ساختن وسیله‌ای که نور همدوس تولید کند ، مدتها دانشمندان قرن حاضر را به خود مشغول داشته بود . در سال 1985 فیزیکدان مشهور آمریکایی چالز تاونز راه این کار را پیدا کرد . دو سال بعد دانشمند دیگر آمریکایی ، تئودور مایمن به نظریه تاونز جامه عمل پوشاند و اولین لیزر را با بلوری از یاقوت مصنوعی ساخت این دو بعداً به دریافت جایزه نوبل نایل آمدند . یک لیزر یاقوتی ساده از سه بخش تشکیل می‌شود : استوانه‌ای از یاقوت مصنوعی ، یک چشمه نور ـ مثلاً یک لامپ گزنون که مانند لامپ نئون کار می‌کند . ( گزنون و زنون هر دو از گازهای بی‌اثرند یعنی اتمهایشان با اتمهای دیگر مولکول نمی‌سازد . ) ـ و یک بازتابنده که نور را از لامپ گزنون به یاقوت هدایت می‌کند

استوانه یاقوتی ، بخش اصلی دستگاه است . قطر آن در حدود 7 میلیمتر و طولش 3.5 تا 5 cm است . دو قاعده استوانه صیقل خورده و نقره اندود شده است تا آینه کاملی باشد . قاعده دیگر نیز نقره اندود است ولی نه کاملاً به طوری که می‌تواند قسمتی از نور را از خود عبور دهد .

یاقوت بلور اکسید آلومینیوم است که در آن تعداد نسبتاً کمی اتم کروم معلق است . اتمهای کروم از طریق گسیل القایی ، کوانتوم نور تولید می‌کنند ، اتمهای اکسیژن و آلومینیم که بقیه بلور را تشکیل می‌دهند فقط اتمهای کروم را در جایشان نگه می‌دارند. اتمهای کروم نسبتاً بزرگ است و تعداد زیادی الکترون در مدارهایشان دارد . در این جا فقط الکترونی مورد توجه ماست که بیش از دیگران برانگیخته می‌شود .

لازم به ذکر است واژه لیزر از حروف اول (( تقویت نور بوسیله گسیل برانگیخته تابش )) در زبان انگلیسی گرفته شده که آن را می‌توان توسعه “maser” تقویت میکروویو بوسیله گسیل برانگیخته تابش در محدوده فوتونی طیف امواج الکترومغناطیسی دانست .

در سال 1917 اینشتین برای اولین بار وجود دو فرایند برای گسیل تابش را بصورت زیر پیشگویی کرد .

1 . گسیل خودبخود spantaneous

2 . گسیل برانگیخته stimulated

دانشمندانی همانند townes و schawlow در امریکا و basov و prochror از روسیه قدیم امکان استفاده از روش دوم (گسیل برانگیخته) را برای یک طراحی نور همدوس کشف کردند . در سال 1958 میلادی می‌من ( muiman ) اولین لیزر یاقوت سرخ ruby را به نمایش گذاشت . در سال 1960 میلادی علی ج.ان در امریکا اولین لیزر گازی He_Ne را ساخت و از آن به بعد لیزرهای گوناگون بمانند گازی ، مایعات ، مواد شیمیایی ، جامدات و تهیه رساناها با قابلیت‌های متفاوت و ویژگیهای گوناگون برای کاربردهای مختلف ساخته و بکار گرفته شد .

 

اجزای اصلی در یک لیزر :

محیط فعال (active medium) : محیط فعال مجموعه‌ای از اتم‌ها و مولکول‌ها ، با یونها در حالت جامد ، مایع یا گازی است که همانند تقویت‌کننده عمل می‌کند .

منبع تحریک :وسیله‌ای برای ایجاد شرایط لازم جهت گسیل لیزری که این شرایط اساسی را وارونگی جمعیت (inrerted population) می‌نامند و ممکن است منبع تحریک نورانی و یا الکتریکی و … باشد . مثلاً در یاقوت قرمز این منبع از یک لامپ فلاش و در لیزر He - Ne پتانسیل الکتریکی در حدود چند هزار ولت است . اگر در محیط فعال چگونگی تقویت یا تضعیف را بررسی کنیم خواهیم دید که شدت تحریک I با وارونگی جمعیت وابستگی کمی دارند .

 

اصول کار لیزر

محیط فعال و عناصر دیگر در داخل مشدد نوری قرار دارند . مشدد محور نور در لیزر را تعیین و نور ساطع شده در امتداد محور تابش می‌کند . باید توجه داشت که یک لیزر می‌تواند نور را در یک یا دو امتداد مخالف در امتداد محور نوری ساطع کند . ماشه تحریک یک لیزر بوسیله سیستم پمپاز شروع بکار می‌نماید . کار این سیستم تحریکی عناصر فعال است که در اثر آن جمعیت وارونه (inrerted population) سطوح تابش‌کننده ایجاد می‌گردد . مشدد نور (همراه با عناصر) اضافی عمل گزینش را بر روی حالات فوتونی تدارک می‌بینند . در نتیجه ، یک تابش فوق‌العاده همدوس موسوم به تابش لیزر در امتداد محور حاصل می‌شود .

محیط‌های فعال و روش‌های تحریک :

مواد فعال زیر در لیزرها بکار برده می‌شوند :

گازها و یا مخلوطی از گازها (لیزرهای گازی)

بلورها و شیشه‌های ممزوج با یونهای مخصوص (لیزرهای جامد)

مایعات (لیزرهای مایع)

نیمه‌هادی‌ها (لیزرهای نیمه‌هادی)

کاربردهای لیزر :

در نظر اول فهم این نکته مشکل است که چرا با نور لیزر می‌توان یک تیغه را سوراخ کرد ولی با نور معمولی ، مثلاً نور یک لامپ الکتریکی ـ هر قدر هم قوی باشد این کار میسر نیست . این سئوال سه جواب دارد :

اولاً نور لامپ ناهمدوس است یعنی فوتونهای لامپ همفاز نیستند و با مختصری اختلاف زمانی به هدف می‌رسند ، در حالی که فوتونهای تابه لیزری ، همه دقیقاً با هم حرکت می‌کنند و درست در یک نقطه به هدف می‌رسند . دلیل دوم این که نور از چشمه‌های دیگر کوبنده‌تر است ، این است که تابه نور معمولی فقط از یک طول موج معین تشکیل شده است بلکه شامل طیف نسبتاً وسیعی از طول موج‌هاست . این مطلب ، دلیل سوم را نیز در بر می‌گیرد : نور معمولی بر خلاف نور لیزر به شکل تابه‌ای باریک و موازی تولید نمی‌شود ، بلکه راستاهای مختلف را اختیار می‌کند .

نور لیزر برای روشنایی :

لیزرهای حالت جامد و لیزرهای تزریقی درخشهای کوتاه بسیار روشنی تولید می‌کند که برای عکسبرداری بسیار سریع ، ایده‌آل است . ما در عصری هستیم که سالانه میلیونها پوند صرف ساختن هوانوردهای سریع ـ اعم از موشک‌های بالستیکی ، قاره‌پیما یا هواپیما می‌شود . باید دانست که سرعتهای زیاد چه بر سر اجسام متحرک می‌آید و یکی از بهترین راههای این کار عکسبرداری از جسم در حال حرکت است . سرعت بعضی از پرتابه‌ها بقدری زیاد است که اغلب چندین کیلومتر در ثانیه که حتی عکسی که به کمک سریعترین فلاشهای متداول از آنها گرفته می‌شود ، چیزی جز تصویری محو نیست . از آنجایی که حتی سریعترین پرتابه‌ها هم در این مدت فاصله بسیار کمی را خواهند پیمود ، عکسی که با درخشش لیزری از اجسام تیز پرواز گرفته می‌شود ، واضح و دقیق خواهد بود . ارتش آمریکا سرگرم آزمایش با تلویزیون لیزری برای استفاده در گشتهای شبانه مخفی با هواپیماست و طراحان نظامی درصدد ساختن کلاهک بمب‌هایی هستند که هدف را با استفاده از پرتو لیزری نامرئی مادون قرمز پیدا کنند .

 

استفاده از لیزر در فاصله‌یابی :

یافتن فاصله هدف مورد نظر از مشکلات دائمی توپچیها و ضدهوایی‌ها بوده است . فاصله‌یاب لیزری ، اساساً از یک لیزر ، یک منبع توان ، یک سلول فتوالکتریک و یک کامپیوتر رقمی کوچک تشکیل می‌شود . پرتویی که لیزر می‌فرستد ، پس از برخورد به هدف بازتابیده می‌شود و وارد سلول فتوالکتریک می‌گردد . از روی زمان رفت‌وبرگشت فاصله هدف ، توسط کامپیوتر محاسبه و بر حسب هر واحدی که بخواهد ثبت می‌شود .

نوعی فاصله‌یاب لیزری که برای ناتو ساخته شده ، به اندازه یک تفنگ نسبتاً بزرگی است که منبع توان و کامپیوتر آن را می‌توان در بسته‌ای روی پشت حمل کرد . فاصله‌یابهای لیزری تا مسافت 11 km را با دقتی حدود 5/4 متر تعیین کرده‌اند .

 

استفاده از لیزر در هوانوردی و دریانوردی :

یکی از بدیعیترین وسایل لیزری ، ژیروسکوپ لیزری است . ژیروسکوپ معمولی اساساً چرخ دواری است که بسرعت می‌چرخد . به دلیل این چرخش ، محور چرخ همواره در یک صفحه باقی می‌ماند . محور ژیروسکوپ چرخنده همیشه در یک راستا باقی می‌ماند و تغییر مسیر کشتی تأثیری بر آن ندارد . این محور ، کار یک ((خط مبنا)) را انجام می‌دهد که تغییرات جهت کشتی را از روی آن می‌توان تشخیص داد . سفینه‌های فضایی که غالباً بی‌سرنشینند تنها به کمک ژیروسکوپ مسیر خود را حفظ می‌کنند . این ژیروسکوپ متشکل است از یک لیزر گازی مثلاً لیزر هلیوم ، نئون که از هر دو انتهایش نور همدوس خارج می‌شود . با نصب این ژیروسکوپ به سفینه فضایی ، انحراف سفینه از مسیر ، قابل تشخیص است .

 

استفاده از لیزر در پزشکی :

لیزر بعنوان یک منبع قوی انرژی ، در پزشکی نیز بکار گرفته شده است بخصوصدر امریکا که زادگاه لیزر بود و هنوز هم موطن آن است . به عقیده برخی جراحان ، لیزر برای بریدن اعضایی که رگهای خونی بسیار پیچیده دارد ـ مانند مغز ـ فوق‌العاده مناسب است. تابه لیزر در حین قطع‌کردن رگهای خونی ، با سوزاندن، دهانه آنها را می‌بندند . برخی از چشم‌پزشکان لیزر را برای جوش‌دادن جداشدگی شبکیه چشم ، مفید یافته‌اند .

 

کاربرد لیزری در نوسازی صنعت :

گسترش تکنولوژی لیزر در دهه گذشته در تمامی شاخه‌های زندگی رشد فزاینده‌ای داشته است به گونه‌ای که امروزه لیزر جزء لاینفک زندگی انسان محسوب می‌شود یکی از شاخه‌هائی که لیزر از ابتدای اختراع آن بیش از دیگر زمینه‌های کاربردی مورد توجه محققین و متخصصین قرار گرفت ، کاربرد صنعتی لیزر بوده است .

برش‌کاری توسط لیزر از همان روزهای آغازین تولد لیزر مورد توجه بسیاری از علاقه‌مندان و صنعتگران که به آینده درخشان کار خود امید داشتند قرار داشت . پرتو لیزر با توجه به ویژگیهای منحصر خود که شامل تک‌رنگی ، همدوسی ، شدت بالا و واگرائی کم است نشان داد که با بکارگیری آن می‌توان نه تنها به گسترش حوزه صنعت بلکه به تحول کیفی محصولات آن امید فراوانی پیدا نمود . بدنبال ساخت اولین لیزر گازکربنیک در سال 1964 این امکان فراهم‌شد که بتوان با حداقل امکانات لیزرهای پرقدرتی در ناحیه حرارتی مادون قرمز ، همان منطقه‌ای که موردنیاز صنعت است تهیه و به بازار عرضه نمود . اینک وسیله‌ای پا به عرصه وجود گذاشته بود که امکان فراهم‌نمودن یک منبع حرارتی قابل کنترل و در عین حال بسیار باریک به راحتی در دسترس کاربران قرار می‌گرفت . با یک نگاه گذرا اما عمیق به نقش لیزر در صنعت می‌توان به این نکته واقف شد که لیزر تحولی بی‌سابقه در این عرصه ایجاد کرده است که دامنه رشد آن هر روزه گسترش می‌یابد . امروزه اگر شاهد محصولاتی باشیم که به جهت کیفی و مرغوبیت در کمترین زمان به بازار عرضه می‌شوند ، متوجه نقش و اهمیت لیزر در صنعت خواهیم بود .

اثربخشی لیزر در تمامی زیرشاخه‌های صنعت امری محسوس و غیرقابل انکار است . برای مثال برش‌کاری، سخت‌کاری ، سوراخکاری ، علامت‌زنی ، بیشترین کاربردها را در خانواده صنعت عهدا‌دار بوده است . آمارها نشان می‌دهد بیش از 85% فعالیت‌های صنعتی در همین موارد خلاصه می‌شود .

امروزه بکارگیری لیزر در شاخه‌های مورد اشاره بالا امری طبیعی ، روتین و با یک سابقه 20 ساله مملو از تحقیقات و تجربیات فراوان است .

در خصوص برشکاری این امکان فراهم می‌شود که پرتوی لیزر توسط یک عدسی بر روی قطعه کار متمرکز شده بطوریکه در زمانی نزریک به یک‌هزارم ثانیه درجه حرارتی بیش از 4000 درجه سانتی‌گراد بر روی قطعه‌کار (فلز) ایجاد می‌کند .

نتیجه این عمل ذوب‌شدن لحظه‌ای فلز در یک باریکه‌ای به قطر 1/0 میلی‌متر است . اینک با حرکت‌دادن 2 آینه که نقش هدایت پرتو لیزر بر روی عدسی مورد‌نظر را دارد این امکان فرهم می‌شود که پرتو لیزر در جهت x و yحرکت نموده و براحتی هر شکلی را که مایل باشیم بر روی قطعه کار ایجاد نماییم . از دیگر مزایای بکارگیری لیزر در برش‌کاری می‌توان به : افزایش سرعت کار ، دقت بالا ، کمترین خسارت حرارتی به قطعه‌کار اشاره کرد . در زمینه جوشکاری نیز بکارگیری لیزر مزایای قابل‌ملاحظه‌ای را در صنعت بدنبال داشته است .

در نگاه اول جوشکاری با لیزر بنظر می‌رسد که قادر است براحتی و در کمترین زمان ممکن نه تنها فلزات را در ابعاد و اندازه‌های مختلف به یکدیگر جوش دهد بلکه با این تکنیک این امکان فراهم شده است که فلزات غیرهمنام نیز به یکدیگر جوش داده شوند . لیزر در کنار یک CNC یک سیستم کامل لیزر جوش را ایجاد می‌کند که با کمک آن صنعت گران قادرند با سرعت زیاد ، دقت بالا و حداقل هزینه مصرفی از قابلیت‌های آن استفاده نمایند . یکی از شاخه‌های صنعت که در دو دهه اخیر مورد توجه و بسط فراوان قرار گرفته است پدیده بهینه‌سازی و بکارگیری مواد با آلیاژهای مختلف با طول‌عمر بالاست . هر قطعه مکانیکی بعد از یک دوره مشخص بر اثر صدمات مختلف از رده خارج شده و باید قطعه‌های نو جایگزین آن شود . قطعاتی مانند مته‌ها ، توربین‌ها ، تیغه اره‌ها و سیلندرها دچار بیشترین ساییدگی و پوسیدگی هستند لذا بیش از عناصر تشکیل‌دهنده مورد توجه قرار گرفته‌اند .

امروزه با کمک لیزر می‌توان عمل سخت‌کاری بر روی لایه‌های سطحی فلزات انجام داد . به گونه‌ای که طول‌عمر آنها به میزان قابل‌توجه‌ای افزایش پیدا‌ کند . این عمل نه تنها صرفه‌جویی فراوانی را به‌همراه دارد بلکه در حداقل زمان ممکن صورت می‌پذیرد . امروزه عمل سخت‌کاری با دیگر روش‌ها نیز صورت‌ می‌پذیرد اما عملاً هیچیک از آنها نتوانسته جایگزین خوبی برای لیزر باشد .علامت‌زنی بر روی قطعات مختلف با مواد مختلف از نکات حائز اهمیت حوزه صنعت بشمار می‌رود بسیاری از تولیدکنندگان مایلند جهت جلوگیری از سوءاستفاده محصولات تقلبی به گونه‌ای محصولات اصلی را از نمونه‌ تقلبی متمایز نمایند . حک‌کردن علامت و یا یک آرم مشخص با دقت بالا یک راه حل خوبی به‌نظر می‌رسد که سالیان سال مورد استفاده قرار گرفته است . به همین خاطر با متمرکز کردن پرتو لیزر در ابعادی حدود 50 میکرون با کمک 2 اسکنر مکانیکی میتوان هر شکل دلخواهی را در اندازه‌های مختلف بر روی محصولات حک نمود .

سرعت حکاکی به قدری بالاست که این فرایند ظرف چند ثانیه به اتمام خواهد رسید . امروزه حک‌نمودن 300 حرف در یک ثانیه توسط لیزر امری عادی بنظر می‌رسد . از آنجا که تمامی کنترل و هدایت این فرایند توسط کامپیوتر صورت ‌می‌گیرد ، کاربران با حداقل مهارت قادر به انجام آن خواهند بود . حکاکی با لیزر هیچگونه محدودیتی جدی به جهت نوع جنس فراهم نخواهد کرد. دستگاههای حکاکی لیزری با قیمت‌های نازلی قابل تهیه از سازندگان آن می‌باشند یکی از کاربردهای پرطرفدار لیزر در صنعت در امر سوراخکاری می‌باشد . ایجاد نمودن سوراخهای بزرگ و ریز بر روی موادی مانند چوب ، فلز امری عادی بنظر می‌رسد . اما همین که مایل باشیم این عمل را در ابعاد چند میکرون و بر روی موادی مانند سرامیکها ، شیشه و پلاستیک انجام دهیم خود پی می‌بریم که اگر نگوییم غیرممکن ، بسیار مشکل خواهد بود . اما امروزه به کمک لیزر این عمل در کمتر از ثانیه و با آهنگ بالا قابل اجرا و تکرارپذیر است . و این همان چیزی است که صنعتگران سالیان سال بدنبال آن بوده‌اند . امید است در آینده‌ای نه‌چندان دور شاهد بکارگیری این فناوری جدید در عرصه صنعت بوده و با این کار بر دامنه فعالیت‌های لیزر ، این نور شگفت‌انگیز بیافزاییم .

 

سلاحهای لیزری و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری :

غیر قابل اجتناب است که میدان جنگ لیزری به طور محسوسی سالهای آینده جنگ را تهدید نکند . این نتیجه نه تنها توسعه و استفاده از سلاحهای لیزری مفید است بلکه نتیجه شمار فزاینده‌ای از وسائل لیزری از قبیل مسافت‌یاب و هدف‌یاب می‌باشد . بنابراین در نیروهای مسلح لازم است که از حساسه‌ها و توسط اقدامات عامل و غیر عامل الکترومغناطیسی حفاظت شود . تهدید اولیه لیزری از خود سلاحهای لیزری بوجود می‌آید. نگهداری و نحوه مقابله با سلاحهای لیزری مسائل مشکلی است که تاکنون حل نشده باقی مانده‌اند

 

 

منبع:www.prozhe.com



  • خرید اینترنتی | ماه موزیک