1. ตัวอย่างการประยุกต์ใช้
1) แผงเชื่อมต่อ
ในช่วงทศวรรษ 1960 บริษัทโตโยต้า มอเตอร์ ได้นำเทคโนโลยีการเชื่อมแผ่นโลหะแบบกำหนดเองมาใช้เป็นครั้งแรก เทคโนโลยีนี้คือการเชื่อมแผ่นโลหะสองแผ่นขึ้นไปเข้าด้วยกันแล้วทำการปั๊มขึ้นรูป แผ่นโลหะเหล่านี้สามารถมีความหนา วัสดุ และคุณสมบัติที่แตกต่างกันได้ เนื่องจากความต้องการด้านสมรรถนะและฟังก์ชันต่างๆ ของรถยนต์ที่เพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ เช่น การประหยัดพลังงาน การรักษาสิ่งแวดล้อม ความปลอดภัยในการขับขี่ ฯลฯ เทคโนโลยีการเชื่อมแผ่นโลหะแบบกำหนดเองจึงได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ การเชื่อมแผ่นโลหะสามารถใช้การเชื่อมแบบจุด การเชื่อมแบบแฟลชบัตต์ เป็นต้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์เช่น การเชื่อมด้วยอาร์คไฮโดรเจน เป็นต้น ในปัจจุบันการเชื่อมด้วยเลเซอร์โดยส่วนใหญ่ใช้ในการวิจัยและการผลิตชิ้นงานเชื่อมแบบกำหนดเองในต่างประเทศ
จากการเปรียบเทียบผลการทดสอบและการคำนวณ พบว่าผลลัพธ์สอดคล้องกันเป็นอย่างดี ซึ่งเป็นการยืนยันความถูกต้องของแบบจำลองแหล่งความร้อน ได้ทำการคำนวณและปรับความกว้างของรอยเชื่อมภายใต้พารามิเตอร์กระบวนการต่างๆ อย่างค่อยเป็นค่อยไป ในที่สุดจึงเลือกใช้อัตราส่วนพลังงานลำแสง 2:1 โดยจัดวางลำแสงคู่ขนานกัน ลำแสงพลังงานสูงอยู่ตรงกลางรอยเชื่อม และลำแสงพลังงานต่ำอยู่บริเวณแผ่นหนา ซึ่งสามารถลดความกว้างของรอยเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อจัดวางลำแสงทั้งสองทำมุม 45 องศาต่อกัน ลำแสงจะส่งผลต่อแผ่นหนาและแผ่นบางตามลำดับ เนื่องจากการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ความกว้างของรอยเชื่อมจึงลดลงด้วย
2) โลหะต่างชนิดระหว่างอลูมิเนียมและเหล็ก
การศึกษาปัจจุบันสรุปได้ดังนี้: (1) เมื่ออัตราส่วนพลังงานลำแสงเพิ่มขึ้น ความหนาของสารประกอบโลหะระหว่างกันในบริเวณตำแหน่งเดียวกันของส่วนต่อประสานระหว่างรอยเชื่อม/โลหะผสมอะลูมิเนียมจะค่อยๆ ลดลง และการกระจายตัวจะสม่ำเสมอมากขึ้น เมื่อ RS=2 ความหนาของชั้น IMC ที่ส่วนต่อประสานจะอยู่ระหว่าง 5-10 ไมครอน ความยาวสูงสุดของ IMC ที่มีลักษณะเป็น "เข็ม" อิสระจะอยู่ระหว่าง 23 ไมครอน เมื่อ RS=0.67 ความหนาของชั้น IMC ที่ส่วนต่อประสานจะต่ำกว่า 5 ไมครอน และความยาวสูงสุดของ IMC ที่มีลักษณะเป็น "เข็ม" อิสระคือ 5.6 ไมครอน ความหนาของสารประกอบโลหะระหว่างกันลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
(2)เมื่อใช้เลเซอร์ลำแสงคู่ขนานในการเชื่อม ชั้นสารประกอบโลหะระหว่างโลหะ (IMC) ที่บริเวณรอยเชื่อม/โลหะผสมอะลูมิเนียมจะมีลักษณะไม่สม่ำเสมอมากขึ้น ความหนาของชั้น IMC ที่บริเวณรอยเชื่อม/โลหะผสมอะลูมิเนียมใกล้กับรอยต่อเหล็ก/โลหะผสมอะลูมิเนียมจะหนาขึ้น โดยมีความหนาสูงสุด 23.7 ไมครอน เมื่ออัตราส่วนพลังงานลำแสงเพิ่มขึ้น เมื่อ RS=1.50 ความหนาของชั้น IMC ที่บริเวณรอยเชื่อม/โลหะผสมอะลูมิเนียมยังคงมากกว่าความหนาของสารประกอบโลหะระหว่างโลหะในบริเวณเดียวกันของการใช้เลเซอร์ลำแสงคู่แบบอนุกรม
3. ข้อต่อรูปตัว T ทำจากโลหะผสมอะลูมิเนียม-ลิเธียม
ในส่วนของคุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมด้วยเลเซอร์ของโลหะผสมอลูมิเนียม 2A97 นักวิจัยได้ศึกษาความแข็งระดับจุลภาค คุณสมบัติแรงดึง และคุณสมบัติความล้า ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า: บริเวณรอยเชื่อมของโลหะผสมอลูมิเนียม 2A97-T3/T4 ที่เชื่อมด้วยเลเซอร์นั้นอ่อนตัวลงอย่างมาก ค่าสัมประสิทธิ์อยู่ที่ประมาณ 0.6 ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการละลายและความยากลำบากในการตกตะกอนของเฟสเสริมความแข็งแรง ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงของรอยเชื่อมโลหะผสมอลูมิเนียม 2A97-T4 ที่เชื่อมด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ IPGYLR-6000 สามารถสูงถึง 0.8 แต่มีความยืดหยุ่นต่ำ ในขณะที่เลเซอร์ไฟเบอร์ IPGYLS-4000 นั้นมีความยืดหยุ่นสูงกว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงของรอยเชื่อมเลเซอร์ของโลหะผสมอลูมิเนียม 2A97-T3 อยู่ที่ประมาณ 0.6; ข้อบกพร่องที่เป็นรูพรุนเป็นสาเหตุของรอยแตกร้าวจากความล้าในรอยเชื่อมเลเซอร์ของโลหะผสมอลูมิเนียม 2A97-T3
ในโหมดซิงโครนัส ตามลักษณะผลึกที่แตกต่างกัน บริเวณหลอมเหลว (FZ) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยผลึกทรงกระบอกและผลึกทรงกลม ผลึกทรงกระบอกมีทิศทางการเติบโตแบบเอพิเท็กเซียล EQZ และทิศทางการเติบโตจะตั้งฉากกับแนวเชื่อม เนื่องจากพื้นผิวของผลึก EQZ เป็นอนุภาคที่พร้อมสำหรับการเกิดนิวเคลียส และการกระจายความร้อนในทิศทางนี้เร็วที่สุด ดังนั้น แกนผลึกหลักของแนวเชื่อมแนวตั้งจึงเติบโตได้ดีกว่า และด้านข้างถูกจำกัด เมื่อผลึกทรงกระบอกเติบโตเข้าสู่ศูนย์กลางของรอยเชื่อม โครงสร้างจะเปลี่ยนไปและเกิดเป็นเดนไดรต์ทรงกระบอกขึ้น ที่ศูนย์กลางของรอยเชื่อม อุณหภูมิของบ่อหลอมสูง อัตราการระบายความร้อนเท่ากันในทุกทิศทาง และผลึกจะเติบโตแบบทรงกลมในทุกทิศทาง ทำให้เกิดเดนไดรต์ทรงกลม เมื่อแกนผลึกหลักของเดนไดรต์ทรงกลมสัมผัสกับระนาบของชิ้นงานอย่างแม่นยำ จะสามารถสังเกตเห็นเกรนที่มีลักษณะคล้ายดอกไม้ได้อย่างชัดเจนในเฟสทางโลหะวิทยา นอกจากนี้ จากการเย็นตัวยิ่งยวดของส่วนประกอบเฉพาะที่ในบริเวณรอยเชื่อม มักจะปรากฏแถบเกรนละเอียดทรงกลมในบริเวณรอยเชื่อมของรอยต่อรูปตัว T แบบซิงโครนัส และรูปร่างของเกรนในแถบเกรนละเอียดทรงกลมจะแตกต่างจากรูปร่างของเกรนในบริเวณรอยเชื่อม (EQZ) เนื่องจากกระบวนการให้ความร้อนของ TSTB-LW แบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันแตกต่างจาก TSTB-LW แบบซิงโครนัส จึงมีความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดในลักษณะทางมหภาคและโครงสร้างจุลภาค รอยต่อรูปตัว T ของ TSTB-LW แบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันผ่านวัฏจักรความร้อนสองรอบ แสดงลักษณะของบ่อหลอมสองชั้น มีเส้นหลอมรองที่ชัดเจนอยู่ภายในรอยเชื่อม และบ่อหลอมที่เกิดจากการเชื่อมแบบนำความร้อนมีขนาดเล็ก ในกระบวนการเชื่อม TSTB-LW แบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน การเชื่อมแบบแทรกซึมลึกจะได้รับผลกระทบจากกระบวนการให้ความร้อนของการเชื่อมแบบนำความร้อน เดนไดรต์แบบแท่งและเดนไดรต์แบบทรงกลมที่อยู่ใกล้กับแนวหลอมเหลวรองจะมีขอบเขตย่อยของเกรนน้อยลงและเปลี่ยนไปเป็นผลึกแบบแท่งหรือแบบเซลลูลาร์ ซึ่งบ่งชี้ว่ากระบวนการให้ความร้อนของการเชื่อมแบบนำความร้อนมีผลต่อการอบชุบความร้อนของการเชื่อมแบบแทรกซึมลึก และขนาดของเกรนของเดนไดรต์ในใจกลางของการเชื่อมแบบนำความร้อนมีขนาด 2-5 ไมครอน ซึ่งเล็กกว่าขนาดของเกรนของเดนไดรต์ในใจกลางของการเชื่อมแบบแทรกซึมลึก (5-10 ไมครอน) มาก นี่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงสุดของการเชื่อมทั้งสองด้านเป็นหลัก ซึ่งสัมพันธ์กับอัตราการเย็นตัวในภายหลัง
3) หลักการของการเชื่อมเคลือบผงด้วยเลเซอร์ลำแสงคู่
4)ความแข็งแรงของรอยเชื่อมสูง
ในการทดลองการเชื่อมแบบใช้เลเซอร์ลำแสงคู่เพื่อเคลือบผงโลหะ เนื่องจากลำแสงเลเซอร์ทั้งสองกระจายอยู่เคียงข้างกันทั้งสองด้านของลวดเชื่อม ทำให้ระยะการกระทบของเลเซอร์กับวัสดุรองรับมีขนาดใหญ่กว่าการเชื่อมแบบใช้เลเซอร์ลำแสงเดี่ยว และรอยเชื่อมที่ได้จะตั้งฉากกับทิศทางของลวดเชื่อม ทำให้รอยเชื่อมยืดออกไปตามทิศทางของลวดเชื่อม ภาพที่ 3.6 แสดงรอยเชื่อมที่ได้จากการเชื่อมแบบใช้เลเซอร์ลำแสงเดี่ยวและลำแสงคู่เพื่อเคลือบผงโลหะ ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ไม่ว่าจะเป็นการเชื่อมแบบลำแสงคู่หรือไม่ก็ตามการเชื่อมด้วยเลเซอร์วิธีการหรือลำแสงเดี่ยวการเชื่อมด้วยเลเซอร์วิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิมนั้น จะเกิดแอ่งหลอมเหลวขึ้นบนวัสดุฐานโดยอาศัยการนำความร้อน ด้วยวิธีนี้ โลหะของวัสดุฐานที่หลอมเหลวในแอ่งหลอมเหลวจะสามารถสร้างพันธะทางโลหะวิทยาเข้ากับผงโลหะผสมที่หลอมเหลวได้ ทำให้เกิดการเชื่อมขึ้น เมื่อใช้เลเซอร์แบบลำแสงคู่ในการเชื่อม ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำแสงเลเซอร์กับวัสดุฐานจะเป็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างบริเวณการทำงานของลำแสงเลเซอร์ทั้งสอง นั่นคือ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแอ่งหลอมเหลวสองแอ่งที่เกิดจากเลเซอร์บนวัสดุ ด้วยวิธีนี้ พื้นที่การหลอมเหลวใหม่ที่เกิดขึ้นจะมีขนาดใหญ่กว่าการเชื่อมด้วยลำแสงเดี่ยวการเชื่อมด้วยเลเซอร์ดังนั้น รอยเชื่อมที่ได้จากการใช้ลำแสงคู่การเชื่อมด้วยเลเซอร์แข็งแรงกว่าคานเดี่ยวการเชื่อมด้วยเลเซอร์.
2. ความสามารถในการบัดกรีสูงและให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ
ในคานเดี่ยวการเชื่อมด้วยเลเซอร์จากการทดลอง เนื่องจากจุดศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์ส่งผลโดยตรงต่อลวดบริดจ์ขนาดเล็ก ดังนั้นลวดบริดจ์จึงต้องมีคุณสมบัติที่สูงมากการเชื่อมด้วยเลเซอร์พารามิเตอร์กระบวนการ เช่น การกระจายความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ที่ไม่สม่ำเสมอ และความหนาของผงโลหะผสมที่ไม่สม่ำเสมอ จะทำให้ลวดขาดระหว่างกระบวนการเชื่อม และอาจทำให้ลวดเชื่อมระเหยไปได้โดยตรง ในวิธีการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบลำแสงคู่ เนื่องจากจุดโฟกัสของลำแสงเลเซอร์ทั้งสองไม่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อลวดเชื่อมขนาดเล็ก จึงช่วยลดข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับพารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ของลวดเชื่อม และปรับปรุงความสามารถในการเชื่อมและความแม่นยำในการทำซ้ำได้อย่างมาก
วันที่โพสต์: 17 ตุลาคม 2566
