การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถทำได้โดยใช้เครื่องกำเนิดเลเซอร์แบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์ หลักการของการเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็น การเชื่อมแบบนำความร้อนและการเชื่อมแบบหลอมลึกด้วยเลเซอร์ เมื่อความหนาแน่นของพลังงานน้อยกว่า 10⁴~10⁵ วัตต์/ตารางเซนติเมตร จะเป็นการเชื่อมแบบนำความร้อน ซึ่งในกรณีนี้ ความลึกของการหลอมและความเร็วในการเชื่อมจะช้า เมื่อความหนาแน่นของพลังงานมากกว่า 10⁵~10⁷ วัตต์/ตารางเซนติเมตร พื้นผิวโลหะจะเว้าเป็น "รู" ภายใต้การกระทำของความร้อน ทำให้เกิดการเชื่อมแบบหลอมลึก ซึ่งมีลักษณะเด่นคือ ความเร็วในการเชื่อมสูง และอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างสูง
วันนี้เราจะกล่าวถึงความรู้เกี่ยวกับปัจจัยหลักที่มีผลต่อคุณภาพของการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบลึกเป็นหลัก
1. กำลังเลเซอร์
ในการเชื่อมแบบเลเซอร์ลึก พลังงานเลเซอร์จะควบคุมทั้งความลึกของการทะลุทะลวงและความเร็วในการเชื่อม ความลึกของการเชื่อมมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่นของพลังงานลำแสง และเป็นฟังก์ชันของพลังงานลำแสงตกกระทบและจุดโฟกัสของลำแสง โดยทั่วไปแล้ว สำหรับลำแสงเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด ความลึกของการทะลุทะลวงจะเพิ่มขึ้นเมื่อพลังงานลำแสงเพิ่มขึ้น
2. จุดโฟกัส
ขนาดลำแสงเป็นหนึ่งในตัวแปรที่สำคัญที่สุดในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ เพราะเป็นตัวกำหนดความหนาแน่นของพลังงาน แต่การวัดขนาดลำแสงนั้นเป็นเรื่องท้าทายสำหรับเลเซอร์กำลังสูง แม้ว่าจะมีเทคนิคการวัดทางอ้อมหลายวิธีก็ตาม
ขนาดจุดโฟกัสของลำแสงที่ขีดจำกัดการเลี้ยวเบนสามารถคำนวณได้ตามทฤษฎีการเลี้ยวเบน แต่ขนาดจุดโฟกัสจริงมักใหญ่กว่าค่าที่คำนวณได้เนื่องจากการสะท้อนโฟกัสที่ไม่ดี วิธีการวัดที่ง่ายที่สุดคือวิธีการวัดโปรไฟล์อุณหภูมิคงที่ ซึ่งวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดโฟกัสและรูพรุนหลังจากเผากระดาษหนาและทะลุผ่านแผ่นโพลีโพรพีลีน วิธีนี้ใช้การวัดจริงเพื่อกำหนดขนาดกำลังเลเซอร์และเวลาการทำงานของลำแสง
3. ก๊าซป้องกัน
กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์มักใช้ก๊าซป้องกัน (ฮีเลียม อาร์กอน ไนโตรเจน) เพื่อปกป้องบ่อหลอมเหลว ป้องกันไม่ให้ชิ้นงานเกิดการออกซิเดชันในระหว่างกระบวนการเชื่อม เหตุผลที่สองของการใช้ก๊าซป้องกันคือ เพื่อป้องกันเลนส์โฟกัสจากการปนเปื้อนของไอโลหะและการกระเด็นของหยดของเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูง เศษโลหะที่พุ่งออกมาจะมีพลังงานสูงมาก จึงจำเป็นต้องปกป้องเลนส์ เหตุผลที่สามของก๊าซป้องกันคือ มีประสิทธิภาพมากในการกระจายพลาสมาที่เกิดขึ้นจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูง ไอโลหะจะดูดซับลำแสงเลเซอร์และแตกตัวเป็นไอออนกลายเป็นกลุ่มพลาสมา ก๊าซป้องกันรอบๆ ไอโลหะก็จะแตกตัวเป็นไอออนเนื่องจากความร้อน หากมีพลาสมามากเกินไป ลำแสงเลเซอร์จะถูกพลาสมาดูดซับไปบางส่วน พลาสมาที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวงานจะทำให้ความลึกของการเชื่อมตื้นขึ้นและพื้นผิวของบ่อหลอมเหลวกว้างขึ้น
วิธีการเลือกก๊าซปกคลุมที่เหมาะสม?
4. อัตราการดูดซึม
การดูดซับแสงเลเซอร์ของวัสดุขึ้นอยู่กับคุณสมบัติสำคัญบางประการของวัสดุ เช่น อัตราการดูดซับ การสะท้อนแสง การนำความร้อน อุณหภูมิหลอมเหลว และอุณหภูมิการระเหย ในบรรดาปัจจัยทั้งหมด อัตราการดูดซับเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด
ปัจจัยสองประการส่งผลต่ออัตราการดูดซับลำแสงเลเซอร์ของวัสดุ ประการแรกคือค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของวัสดุ พบว่าอัตราการดูดซับของวัสดุเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน และค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ประการที่สอง สภาพพื้นผิว (หรือความเรียบของพื้นผิว) ของวัสดุมีอิทธิพลอย่างมากต่ออัตราการดูดซับลำแสง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการเชื่อม
5. ความเร็วในการเชื่อม
ความเร็วในการเชื่อมมีผลอย่างมากต่อความลึกของการทะลุทะลวง การเพิ่มความเร็วจะทำให้ความลึกของการทะลุทะลวงตื้นขึ้น แต่หากความเร็วต่ำเกินไปจะทำให้วัสดุหลอมละลายมากเกินไปและชิ้นงานเชื่อมทะลุ ดังนั้นจึงมีช่วงความเร็วในการเชื่อมที่เหมาะสมสำหรับวัสดุแต่ละชนิดที่มีกำลังเลเซอร์และความหนาที่กำหนด และจะได้ความลึกของการทะลุทะลวงสูงสุดที่ค่าความเร็วที่เหมาะสม
6. ระยะโฟกัสของเลนส์โฟกัส
โดยปกติแล้ว เลนส์โฟกัสจะติดตั้งอยู่ที่หัวปืนเชื่อม โดยทั่วไปจะเลือกความยาวโฟกัส 63~254 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5"~10") ขนาดจุดโฟกัสจะแปรผันตามความยาวโฟกัส ยิ่งความยาวโฟกัสสั้น จุดโฟกัสก็จะยิ่งเล็ก อย่างไรก็ตาม ความยาวโฟกัสยังส่งผลต่อความชัดลึกด้วย กล่าวคือ ความชัดลึกจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับความยาวโฟกัส ดังนั้นความยาวโฟกัสสั้นจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้ แต่เนื่องจากความชัดลึกมีน้อย จึงต้องรักษาระยะห่างระหว่างเลนส์กับชิ้นงานให้แม่นยำ และความลึกของการทะลุทะลวงจึงไม่มากนัก เนื่องจากอิทธิพลของละอองน้ำและโหมดเลเซอร์ระหว่างการเชื่อม ความยาวโฟกัสที่สั้นที่สุดที่ใช้ในการเชื่อมจริงส่วนใหญ่จึงอยู่ที่ 126 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลาง 5") สามารถเลือกเลนส์ที่มีความยาวโฟกัส 254 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลาง 10") ได้เมื่อรอยเชื่อมมีขนาดใหญ่หรือต้องการเพิ่มขนาดจุดเชื่อม ในกรณีนี้ จำเป็นต้องใช้กำลังส่งออกของเลเซอร์ที่สูงขึ้น (ความหนาแน่นของพลังงาน) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การเจาะรูที่ลึกขึ้น
คำถามเพิ่มเติมเกี่ยวกับราคาและการกำหนดค่าเครื่องเชื่อมเลเซอร์แบบพกพา
วันที่โพสต์: 27 กันยายน 2022