پایان نامه رشته مهندسی مکانیک جوشکاری لیزری در صنایع خودرو سازی

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه رشته مهندسی مکانیک جوشکاری لیزری در صنایع خودرو سازی دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

دانلود پایان نامه رشته مهندسی مکانیک جوشکاری لیزری در صنایع خودرو سازی بافرمت ورد وقابل ویرایش تعدادصفحات 104

-1 : مقدمه

لیزر یک دسته اشعه موازی شده و پیوسته از جنس نور می باشد که تمام این اشعه دارای طول موج واحدی می باشد. البته این اشعه با اشعه نوری ناپیوسته ای که از خورشید تشعشع می کند بسیار متفاوت است. نور خورشید دارای طول موج های بسیار متفاوت و متنوع می باشد که در تمام جهات منتشر می شود. نور با طول موج های متفاوت می تواند روی یک نقطه مادی متمرکز شود و انرژی خود را به صورت انرژی حرارتی آزاد کند. اشعه لیزر یک اشعه به شدت موازی شده و کوهرنت می باشد که هر چه موازی تر و پیوسته تر باشد در نقطه کوچک تری می تواند متمرکز شود و انرژی حرارتی بیشتری را نیز تولید می کند.  این ویژگی اشعه لیزر باعث تقویت ایده استفاده از آن در جوشکاری به عنوان یک منبع منحصر به فرد انرژی شد. جوشکاری با اشعه لیزر یکی از جدیدترین تکنیک های جوشکاری است که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. این فرآیند برای ساخت و تولید برخی قطعات صنعتی شرایطی را فراهم آورده است که تا قبل از آن، ساخت این قطعات غیر ممکن و یا بسیار مشکل بوده است. این فرآیند یک فرآیند جوشکاری ذوبی می باشد هر چند از نظر نوع تجهیزات و نوع فرآیند با فرآیند های جوشکاری ذوبی معمولی بسیار متفاوت است. با یک سری تغییرات و تجهیزات اضافی، می توان از لیزر برای برشکاری نیز با دقت و سرعت بسیار بالا استفاده نمود. اولین دستگاه های جوش لیزر که ساخته شدند به ندرت مورد استفاده قرار می گرفتند و تنها در جاهایی از آنها استفاده می شد که چاره ای جز استفاده از آن نداشتند. علت این امر مشکل بودن استفاده از دستگاه، بالا بودن هزینه، عدم وجود امکانات ایمنی و عدم دسترسی به اپراتور ماهر و کارآمد بود. اما به مرور زمان علم و تکنولوژی لیزر پیشرفت کرد و دستگاه های بسیار پیشرفته ای ساخته شدند و دامنه استفاده از لیزر به طور چشم گیری افزایش یافت.  1-2: تاریخچه لیزر کلمه لیزر مخفف عبارت Light Amplification Stimulated by Emission of Radiation به معنی تقویت نور تحریک شده با انتشار پرتوافکنی می باشد و بر روش تولید این نور دلالت دارد. مفهوم این لغت در زبان انگلیسی گسترش یافته و از لیزر به عنوان اسم و به معنی دستگاهی که لیزر تولید می کند استفاده می شود پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل بوسیله وبر (Weber) ، جوردون (Gordon) ، زیگر (Zeiger) ، تاونز (Townes) ، باسو (Basov) و پروخورو (Prokhorov) داده شد. اولین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون ، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد. این گروه نام میزر (MASER) را که از ابتدای حروف "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation" تشکیل شده بود برای آن برگزیدند. اولین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکولهای آمونیاک (3NH) ساخته شد. در سال 1958 اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانسهای نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو (Schawlow) و تاونز داده شد. در سال 1960 یعنی کمتر از دو سال دیگر ، میلمن (Mailman) موفق به ساخت لیزر پالسی یاقوت شد. این لیزر پیوسته کار (CW) که لیزر گازی هلیوم نئون بود، در سال 1961 توسط علی جوان ایرانی ساخته شد. در سال 1962 نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه ‌هادی مطرح گردید.  سیر تحولی و رشد  اختراع لیزر به سال 1958 با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر اشعه مادون قرمز و نوری بر می‌گردد. نشر مقالات مذکور سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سر تا سر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تأیید نمودند. اما اینکه چگونه پالسها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال 1960 دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر ، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیونها بار روشنتر از نور خورشید بود. متأسفانه پرتو لیزر می‌تواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مثل بارندگی ، مه ، ابرهای کم ارتفاع ، چیزهای موجود در آزمایشهای مربوط به هوا از قبیل پرندگان قرار گیرد.دانشمندان نیز طرحهای جدیدی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنالهای تلفن را ارسال دارد. اختراع مهم دیگر موجبر فیبر نوری بود که شرکتهای مخابراتی برای ارسال صدا ، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می‌کنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار می‌باشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای مختلف نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می‌کند. بعد از اینکه لیزر دی اکسید کربن در سال 1964 اختراع شد کاربرد لیزر در زمینه‌های پزشکی خیلی توسعه یافت و برای جراحان این امکان را فراهم نمود تا بجای استفاده از چاقوهای جراحی از فوتون استفاده نمایند. امروزه لیزر می‌تواند وارد بدن گردد، اعمال جراحی را انجام دهد، در صنایع و در کارهای ساختمانی ، در وسایل نظامی و غیره کاربردهای فراوان آنرا می‌توان مشاهده نمود.  1-3: همدوسی لیزر . لیزرها یک رشته متمرکز شده و همدوس (امواجی با طول موج یکسان و هم فاز) از نور تولید می کنند. این نور با نور خورشید که در تمام جهات انتشار می یابد متفاوت است (شکل 1).   شکل 1: نور همدوس و غیر همدوس : a  ) نورهای رندم خوورشید ناهمدوس هستندچون  نمی توانندتقارن دمایی و فضایی یابند b ) امواج نوری همدوس از یک لیزر این امواج نوری چگالی توانی بسیار بالاتری نسبت به امواج نوری خورشید دارند و می توانند در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز شوند.    همدوسی زمانی فوتونهای نور لیزر به معنی هماهنگی بین آنها از لحاظ وضعیت ارتعاشی (فاز) آنهاست. همدوسی مکانی نور لیزر به معنی هماهنگی بین فوتونهای تشکیل دهنده نور لیزر از لحاظ راستای انتشار آنهاست. به لحاظ همدوسی زمانی که در نور لیزر وجود دارد، قدرت تأثیر گذاری فوتونهای آن در نقطه هدف بسیار بالاتر از نورهای معمولی است؛ زیرا طبق اصل برهمنهی امواج ، به دلیل همفاز بودن این فوتونها ، میدانهای الکتریکی‌شان مستقیما باهم جمع شده و میدانی قوی را بوجود می‌آورند.  همدوسی مکانی لیزر  همچنین به لحاظ همدوسی مکانی نور لیزر ، نور خروجی بصورت باریکه‌ای جهتمند از آن خارج شده و می‌تواند تا مسافتهای طولانی‌تری بدون افت چشمگیر توانش طی کند و نیز بوسیله کانونی کردن آن در نقطه کوچکی می‌توان به شدتهای بسیار بالایی دست یافت. نور لیزر نوری تقریبا تکرنگ است. مشخصه رنگ در نور به فرکانس آن وابسته است، بنابراین نور فوتونهای لیزر در محدوده کوچک فرکانسی گسیل می‌شوند، در حالیکه منابع نور معمولی گستره فرکانسی بسیار بالایی را دارند.معیار تکرنگی یا خلوص نور لیزر ، پهنای فرکانسی آن است که طبق تعریف ، فاصله دو فرکانسی است که منحنی توزیع فرکانسی نورهای گسیلی در نصف ماکزیمم آن دارند. این فاصله در لیزرها فوق‌العاده کمتر از منابع نور معمولی یا منابع نور گازی است. این به معنای آن است که اکثر انرژی تابشی لیزرها حول فرکانس مرکزی آن می‌باشد. در منابع معمولی ، برعکس لیزرها منحنی توزیع فرکانسی بسیار وسیع است و پهنای فرکانسی آن نیز نتیجتا بسیار زیاد است. بنابراین اگر بخواهیم که نور این منابع را با استفاده از مثلا فیلتر و یا یک تجزیه‌گر بصورت تقریبا تکرنگ در بیاوریم، از شدت آن به‌ مقدار زیادی کاسته خواهد شد. 1-4: تولید اشعه لیزر : برای درک بهتر لوله ای را در نظر بگیرید که گازی داخل آن قرار دارد و این گاز دارای اتمهای آزاد می باشد. هر اتم این گاز دارای چندین سطح انرژی است که حداقل یکی از این سطوح انرژی یک سطح نیمه پایدار است. با تابانیدن نور سفید به این گاز تعداد بسیاری از الکترون ها جهش می کنند و تعدادی از اتمها به صورت برانگیخته در خواهند آمد. به محض این که الکترون ها به لایه قبلی بر می گردند، تعدادی از آنها در حین برگشت در این سطوح نیمه پایدار انرژی به دام می افتند. اگر نور تابیده شده به اندازه کافی شدید باشد احتمال این که یک معکوس جمعیت (Population inverse) ایجاد شود افزایش می یابد یعنی تعداد اتم های نیمه پایدار از تعداد اتم های پایدار بیشتر می شود.

فهرست مطالب
عنوان                                              صفحه
فصل اول   لیزر......... ...................(25-11)
1-1    مقدمه                                      12
1-2    تاریخچه لیزر                                     13
1-3    همدوسی لیزر                                     15  
1-4    تولید اشعه لیزر                                 17
1-5    اصول فرایند جوشکاری با لیزر                             21
1-6    موارد کاربرد جوش لیزر                                  23

فصل دوم  تقسیم لیزرها..... ... (36-26)
2-1    لیزر حالت جامد                                  27
2-2    لیزرهای گازی                                    32
2-3    دیود لیزرها                                            36

فصل سوم  متغیر های فرایند جوشکاری با لیزر.... ....... .(44-37)
3-1   توان پرتو لیزر                                       38
3-2  قطر پرتو لیزر                                         39
3-3  قابلیت جذب پرتو                                    41
3-4  سرعت عبور پرتو                                     43
3-5  گاز محافظ                                            44

فصل چهارم  انتخاب لیزرجهت جوشکاری..... ......   (51-45)
4-1    عوامل موثر در انتخاب لیزر مناسب                         46
4-2    جوشکاری فولادها                                 49
4-3    جوشکاری آ لومینیم و آلیاژهای آن                        50
4-4    جوشکاری تیتانیم و آلیاژهای آن                              51



فصل پنجم  لیزرهای توان پایین... .....  (55-52)
5-1    عوامل موثر در انتخاب لیزرهای توان پایین                     53
5-2    نکات مهم دراستفاده از لیزرهای توان پایین                           54

فصل ششم  جوشکاری ورق ST14 مورد استفاده در ساخت
 بدنه خودرو با استفاده از لیزر Nd:YAG پالسی.... .... (66-56)
6-1    چکیده                                                               57
6-2    چیدمان آزمایش                                57
6-3    بررسی نتایج آزمایش                                59

فصل هفتم  بررسی بیناب نشری پر پلاسما در جوشکاری ورق
 فلز st14 بوسیله لیزر Nd:YAG پالسی..... ....(77-67)
7-1    چکیده                    .                    68
7-2    مقدمه                                        68
7-3    مواد و وسایل و روش های آزمایش                        69
7-4    نتایج و بحث                                    71

فصل هشتم  مزایا و محدودیت جوشکاری لیزری در مقایسه با
 سایر روشها... ..........(82-78)
8-1    مزایای فرایند جوشکاری با اشعه لیزر                        79
8-2    معایب فرایند جوشکاری با اشعه لیزر                        81
8-3    مسائل ایمنی استفاده از لیزر                            82


فصل نهم  تحلیل المان محدود... .......(99-83)
9-1    تعیین المان و خواص مواد                            84
9-2    مدل سازی هندسی                                84
9-3    مش زنی ( ساختن مدل اجزا محدود)                        86
9-4    اعمال شرایط مرزی و نیروها                            88
9-5    تنظیمات حل و گرفتن نتایج مورد نیاز                        89
نتیجه گیری و پیشنهادات... ......(102-100)