บทนำเกี่ยวกับการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คกำลังสูง

การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คg คือวิธีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ผสมผสานลำแสงเลเซอร์และอาร์คเข้าด้วยกัน การผสมผสานระหว่างลำแสงเลเซอร์และอาร์คแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในด้านความเร็วในการเชื่อม ความลึกของการทะลุทะลวง และความเสถียรของกระบวนการ ตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1980 การพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเลเซอร์กำลังสูงได้ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดเลเซอร์-อาร์ค ปัญหาต่างๆ เช่น ความหนาของวัสดุ การสะท้อนแสงของวัสดุ และความสามารถในการเชื่อมช่องว่าง ไม่ใช่ปัญหาอุปสรรคต่อเทคโนโลยีการเชื่อมอีกต่อไป และได้ถูกนำไปใช้ในการเชื่อมชิ้นส่วนวัสดุที่มีความหนาปานกลางได้อย่างประสบความสำเร็จ

เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค

ในกระบวนการเชื่อมแบบไฮบริดเลเซอร์อาร์ค ลำแสงเลเซอร์และอาร์คจะทำปฏิกิริยากันในบ่อหลอมเหลวเดียวกัน เพื่อสร้างรอยเชื่อมที่แคบและลึก ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 แผนผังกระบวนการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค

หลักการพื้นฐานของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค

การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่แคบมาก และลำแสงเลเซอร์สามารถโฟกัสไปยังพื้นที่เล็กๆ เพื่อสร้างรอยเชื่อมที่แคบและลึก ซึ่งสามารถทำให้ความเร็วในการเชื่อมสูงขึ้น จึงช่วยลดปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าไปและลดโอกาสการเสียรูปจากความร้อนของชิ้นส่วนที่เชื่อม อย่างไรก็ตาม การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีข้อจำกัดด้านความสามารถในการเชื่อมช่องว่าง จึงต้องใช้ความแม่นยำสูงในการประกอบชิ้นงานและการเตรียมขอบ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ทำได้ยากมากสำหรับการเชื่อมวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง เช่น อลูมิเนียม ทองแดง และทองคำ ในทางตรงกันข้าม กระบวนการเชื่อมด้วยอาร์คมีประสิทธิภาพในการเชื่อมช่องว่างที่ดีเยี่ยม ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูง และสามารถเชื่อมวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของพลังงานต่ำในระหว่างการเชื่อมด้วยอาร์คทำให้กระบวนการเชื่อมช้าลง ส่งผลให้มีปริมาณความร้อนจำนวนมากในบริเวณการเชื่อมและทำให้เกิดการเสียรูปจากความร้อนของชิ้นส่วนที่เชื่อม ดังนั้น การใช้ลำแสงเลเซอร์กำลังสูงสำหรับการเชื่อมแบบทะลุทะลวงลึกและการทำงานร่วมกันของอาร์คที่มีประสิทธิภาพพลังงานสูง ซึ่งเป็นผลแบบไฮบริดที่ช่วยชดเชยข้อเสียของกระบวนการและเสริมข้อดี ดังแสดงในรูปที่ 2

ข้อเสียของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คือความสามารถในการเชื่อมช่องว่างต่ำและความต้องการสูงสำหรับการประกอบชิ้นงาน ในขณะที่ข้อเสียของการเชื่อมด้วยอาร์คคือความหนาแน่นของพลังงานต่ำและความลึกของการหลอมเหลวตื้นเมื่อเชื่อมแผ่นโลหะหนา ซึ่งทำให้เกิดความร้อนสูงในบริเวณเชื่อมและทำให้ชิ้นส่วนที่เชื่อมเกิดการเสียรูปจากความร้อน การผสมผสานระหว่างสองวิธีนี้สามารถส่งเสริมและสนับสนุนซึ่งกันและกัน และชดเชยข้อเสียของกระบวนการเชื่อมแต่ละวิธี โดยใช้ประโยชน์จากข้อดีของการหลอมเหลวลึกด้วยเลเซอร์และการครอบคลุมด้วยการเชื่อมด้วยอาร์คอย่างเต็มที่ ทำให้ได้ข้อดีของความร้อนที่ป้อนเข้าต่ำ การเสียรูปของรอยเชื่อมต่ำ ความเร็วในการเชื่อมสูง และความแข็งแรงของรอยเชื่อมสูง ดังแสดงในรูปที่ 3 การเปรียบเทียบผลของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ การเชื่อมด้วยอาร์ค และการเชื่อมแบบผสมเลเซอร์-อาร์คบนแผ่นโลหะขนาดกลางและหนาแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบผลการเชื่อมของแผ่นโลหะหนาปานกลางและหนามาก

รูปที่ 3 แผนภาพกระบวนการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค

เคสเชื่อมแบบไฮบริดอาร์คเลเซอร์ Maven

อุปกรณ์เชื่อมแบบไฮบริดอาร์คเลเซอร์ Maven ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้แขนหุ่นยนต์เลเซอร์, เครื่องทำความเย็น,หัวเชื่อมเช่น แหล่งจ่ายไฟสำหรับการเชื่อมแบบอาร์ค เป็นต้น ดังแสดงในรูปที่ 4

ขอบเขตการใช้งานและแนวโน้มการพัฒนาของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค

สาขาการประยุกต์ใช้

เมื่อเทคโนโลยีเลเซอร์กำลังสูงพัฒนาขึ้น การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขา มีข้อดีคือประสิทธิภาพการเชื่อมสูง ความคลาดเคลื่อนของช่องว่างสูง และการแทรกซึมลึก เป็นวิธีการเชื่อมที่นิยมใช้สำหรับแผ่นโลหะหนาปานกลางและหนามาก นอกจากนี้ยังเป็นวิธีการเชื่อมที่สามารถใช้แทนการเชื่อมแบบดั้งเดิมในด้านการผลิตอุปกรณ์ขนาดใหญ่ได้อีกด้วย มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องจักรกลทางวิศวกรรม สะพาน ตู้คอนเทนเนอร์ ท่อส่ง เรือ โครงสร้างเหล็ก และอุตสาหกรรมหนัก