การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถทำได้โดยใช้เครื่องกำเนิดเลเซอร์แบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์ หลักการเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งได้เป็นการเชื่อมแบบนำความร้อนและการเชื่อมแบบฟิวชั่นลึกด้วยเลเซอร์ ความหนาแน่นของกำลังเชื่อมต่ำกว่า 104-105 W/cm2 การเชื่อมแบบนำความร้อนนี้ ความลึกของการหลอมเหลวและความเร็วในการเชื่อมจะช้า เมื่อความหนาแน่นของกำลังเชื่อมสูงกว่า 105-107 W/cm2 พื้นผิวโลหะจะเว้าเป็น "รูกุญแจ" ภายใต้อิทธิพลของความร้อน ทำให้เกิดการเชื่อมแบบฟิวชั่นลึก ซึ่งมีลักษณะของความเร็วในการเชื่อมที่รวดเร็วและอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างที่กว้าง
วันนี้เราจะครอบคลุมความรู้หลักๆ เกี่ยวกับปัจจัยหลักๆ ที่ส่งผลต่อคุณภาพของการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบฟิวชั่นลึก
1. พลังงานเลเซอร์
ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบฟิวชั่นลึก กำลังเลเซอร์จะควบคุมทั้งความลึกในการทะลุทะลวงและความเร็วในการเชื่อม ความลึกในการเชื่อมสัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่นของกำลังลำแสง และเป็นฟังก์ชันของกำลังลำแสงตกกระทบและจุดโฟกัสของลำแสง โดยทั่วไปแล้ว สำหรับลำแสงเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่ง ความลึกในการทะลุทะลวงจะเพิ่มขึ้นตามกำลังลำแสงที่เพิ่มขึ้น
2. จุดโฟกัส
ขนาดจุดลำแสงเป็นหนึ่งในตัวแปรที่สำคัญที่สุดในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ เนื่องจากเป็นตัวกำหนดความหนาแน่นของกำลัง แต่การวัดค่าดังกล่าวถือเป็นความท้าทายสำหรับเลเซอร์กำลังสูง แม้ว่าจะมีเทคนิคการวัดทางอ้อมมากมายให้เลือกใช้ก็ตาม
ขนาดจุดโฟกัสของลำแสงที่จำกัดการเลี้ยวเบนสามารถคำนวณได้ตามทฤษฎีการเลี้ยวเบน แต่ขนาดจุดจริงมีขนาดใหญ่กว่าค่าที่คำนวณได้เนื่องจากการสะท้อนของโฟกัสที่ไม่ดี วิธีการวัดที่ง่ายที่สุดคือวิธีโปรไฟล์อุณหภูมิไอโซ (iso-temperature profile method) ซึ่งวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดโฟกัสและรูพรุนหลังจากเผากระดาษหนาและทะลุผ่านแผ่นโพลีโพรพีลีน วิธีนี้ช่วยให้สามารถวัดขนาดกำลังของเลเซอร์และเวลาการทำงานของลำแสงได้อย่างเชี่ยวชาญด้วยการฝึกปฏิบัติในการวัด
3. ก๊าซป้องกัน
กระบวนการเชื่อมเลเซอร์มักใช้ก๊าซป้องกัน (ฮีเลียม อาร์กอน ไนโตรเจน) เพื่อป้องกันแอ่งหลอมเหลว ป้องกันชิ้นงานจากการเกิดออกซิเดชันในกระบวนการเชื่อม เหตุผลประการที่สองในการใช้ก๊าซป้องกันคือเพื่อป้องกันเลนส์โฟกัสจากการปนเปื้อนของไอโลหะและการสปัตเตอร์ของหยดของเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูง อนุภาคที่พุ่งออกมาจะมีพลังงานสูงมาก จึงจำเป็นต้องปกป้องเลนส์ ผลประการที่สามของก๊าซป้องกันคือมีประสิทธิภาพอย่างมากในการกระจายพลาสมาป้องกันที่เกิดจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูง ไอโลหะจะดูดซับลำแสงเลเซอร์และแตกตัวเป็นไอออนเป็นกลุ่มเมฆพลาสมา ก๊าซป้องกันรอบไอโลหะก็จะแตกตัวเป็นไอออนเนื่องจากความร้อนเช่นกัน หากมีพลาสมามากเกินไป ลำแสงเลเซอร์จะถูกพลาสมาดูดกลืนไป พลาสมามีพลังงานเป็นพลังงานรองลงมาบนพื้นผิวงาน ซึ่งทำให้ความลึกของรอยเชื่อมตื้นขึ้นและพื้นผิวแอ่งเชื่อมกว้างขึ้น
เลือกก๊าซป้องกันอย่างไรให้เหมาะสม?
4. อัตราการดูดซึม
การดูดกลืนแสงเลเซอร์ของวัสดุขึ้นอยู่กับคุณสมบัติสำคัญบางประการของวัสดุ เช่น อัตราการดูดกลืนแสง การสะท้อนแสง การนำความร้อน อุณหภูมิหลอมเหลว และอุณหภูมิการระเหย ในบรรดาปัจจัยทั้งหมด อัตราการดูดกลืนแสงถือเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด
ปัจจัยสองประการที่ส่งผลต่ออัตราการดูดซับของวัสดุต่อลำแสงเลเซอร์ ประการแรกคือค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของวัสดุ พบว่าอัตราการดูดซับของวัสดุแปรผันตามรากที่สองของค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน และค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานจะแปรผันตามอุณหภูมิ ประการที่สอง สภาพพื้นผิว (หรือผิวสำเร็จ) ของวัสดุมีอิทธิพลสำคัญต่ออัตราการดูดซับของลำแสง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการเชื่อม
5. ความเร็วในการเชื่อม
ความเร็วในการเชื่อมมีอิทธิพลอย่างมากต่อความลึกของการเจาะ การเพิ่มความเร็วในการเชื่อมจะทำให้ความลึกของการเจาะตื้นขึ้น แต่หากความเร็วต่ำเกินไปจะทำให้วัสดุหลอมเหลวและการเชื่อมชิ้นงานทะลุผ่านมากเกินไป ดังนั้น ความเร็วในการเชื่อมที่เหมาะสมจึงเหมาะสมกับวัสดุเฉพาะที่มีกำลังเลเซอร์และความหนาที่กำหนด และเมื่อค่าความเร็วที่สอดคล้องกัน ความลึกของการเจาะสูงสุดก็จะได้
6. ระยะโฟกัสของเลนส์โฟกัส
โดยปกติแล้วหัวปืนเชื่อมจะติดตั้งเลนส์โฟกัสไว้ที่หัวปืน โดยทั่วไปจะเลือกความยาวโฟกัส 63-254 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 "-10") ขนาดของจุดโฟกัสจะแปรผันตามความยาวโฟกัส ยิ่งความยาวโฟกัสสั้น จุดก็จะเล็กลง อย่างไรก็ตาม ความยาวโฟกัสก็มีผลต่อความลึกของโฟกัสเช่นกัน กล่าวคือ ความลึกของโฟกัสจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับความยาวโฟกัส ดังนั้นความยาวโฟกัสที่สั้นจึงสามารถเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้ แต่เนื่องจากความลึกของโฟกัสมีขนาดเล็ก จึงต้องรักษาระยะห่างระหว่างเลนส์และชิ้นงานให้แม่นยำ และความลึกของการเจาะไม่มาก เนื่องจากอิทธิพลของละอองน้ำและโหมดเลเซอร์ในระหว่างการเชื่อม ความลึกของโฟกัสที่สั้นที่สุดที่ใช้ในการเชื่อมจริงส่วนใหญ่คือ 126 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลาง 5") สามารถเลือกเลนส์ที่มีความยาวโฟกัส 254 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลาง 10") ได้เมื่อรอยเชื่อมมีขนาดใหญ่หรือต้องการเพิ่มขนาดรอยเชื่อมโดยการเพิ่มขนาดจุดเชื่อม ในกรณีนี้ จำเป็นต้องมีกำลังเอาต์พุตเลเซอร์ที่สูงขึ้น (ความหนาแน่นของกำลัง) เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์รูเจาะลึก
คำถามเพิ่มเติมเกี่ยวกับราคาและการกำหนดค่าเครื่องเชื่อมเลเซอร์แบบพกพา
เวลาโพสต์: 27 ก.ย. 2565