การเชื่อมด้วยเลเซอร์ – อิทธิพลของพารามิเตอร์การสั่นต่อการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบปรับได้ (ARM) ของโลหะผสมอะลูมิเนียม

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ – อิทธิพลของพารามิเตอร์การสั่นต่อการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบปรับได้ (ARM) ของโลหะผสมอะลูมิเนียม

1. บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ศึกษาผลกระทบของแอมพลิจูดและความถี่ของการสั่นต่อคุณภาพพื้นผิว โครงสร้างระดับมหภาคและจุลภาค และความพรุนของโหมดวงแหวนปรับได้ (ARM)การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสั่นแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียม A5083 ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า เมื่อเพิ่มความแรงและความถี่ของการสั่น คุณภาพของพื้นผิวรอยเชื่อมจะดีขึ้น เมื่อความแรงเพิ่มขึ้น รูปทรงหน้าตัดของรอยเชื่อมจะเปลี่ยนจากรูปทรง "ถ้วย" เป็นรูปทรง "พระจันทร์เสี้ยว" การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคบ่งชี้ว่า ขนาดของเกรนในรอยเชื่อมไม่ลดลงเมื่อความแรงและความถี่ของการสั่นเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีการแข่งขันกันระหว่างผลของการกวนและการลดลงของอัตราการเย็นตัว ความพรุนของรอยเชื่อมลดลงเมื่อพารามิเตอร์การสั่นเพิ่มขึ้น โดยมีความพรุนสุดท้ายอยู่ที่ 0.22% เมื่อความแรงอยู่ที่ 2 มม. การถ่ายภาพรังสีเอกซ์สามมิติยืนยันเพิ่มเติมถึงอิทธิพลของการสั่นต่อการกระจายตัวของรูพรุน: รูพรุนขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันอยู่ด้านหลังของบ่อหลอม ในขณะที่รูพรุนขนาดเล็กแสดงความสมมาตรที่ดีกว่า งานวิจัยนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าสำหรับการปรับพารามิเตอร์การสั่นให้เหมาะสมเพื่อให้ได้การเชื่อมด้วยเลเซอร์คุณภาพสูงในการใช้งานโลหะผสมอลูมิเนียม A5083

2. ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับอุตสาหกรรม

โลหะผสมอะลูมิเนียมมีข้อดีคือ น้ำหนักเบา ความแข็งแรงจำเพาะสูง และทนต่อการกัดกร่อนได้ดี จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ รถไฟความเร็วสูง อวกาศ และอุตสาหกรรมอื่นๆ การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีข้อดีคือ ประสิทธิภาพสูง บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมีขนาดเล็ก และการเสียรูปจากการเชื่อมมีน้อย ดังนั้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการเชื่อมที่ประหยัดและเหมาะสำหรับแผ่นโลหะหนาซึ่งสามารถลดจำนวนครั้งในการเชื่อมได้อย่างมาก รูพรุนเป็นข้อบกพร่องที่สำคัญในการเชื่อมโลหะผสมอะลูมิเนียมด้วยเลเซอร์ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อคุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อม ดังนั้นจึงมีการศึกษาอย่างกว้างขวางเพื่อลดและกำจัดปัญหาการเกิดรูพรุน รวมถึงการปรับปรุงก๊าซปกคลุม การใช้เทคโนโลยีลำแสงคู่ การใช้ระบบกำลังเลเซอร์แบบปรับได้ และการใช้วิธีการลำแสงสั่น การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสั่นมีความโดดเด่นในด้านความสามารถในการผสมผสานข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์เข้ากับลักษณะเฉพาะของตัวเอง การใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสั่นไม่เพียงแต่ลดรูพรุน แต่ยังช่วยปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อมและเพิ่มคุณภาพของรอยเชื่อมอีกด้วย งานวิจัยจำนวนมากมุ่งเน้นไปที่แง่มุมต่างๆ ของการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสั่นเป็นหลัก รวมถึงการลดรูพรุน การปรับปรุงการกระจายพลังงาน การปรับปรุงโครงสร้างเกรน และการวิเคราะห์ลักษณะการไหลของโลหะหลอมเหลวในบ่อหลอม การกระจายพลังงานเลเซอร์มีบทบาทสำคัญต่อการกระจายอุณหภูมิและความลึกของการทะลุทะลวงในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ที่ระดับความแรงของการสั่นระดับหนึ่ง เมื่อความถี่ในการสแกนเพิ่มขึ้น กระบวนการเชื่อมจะเปลี่ยนจากการเชื่อมแบบทะลุทะลวงลึกไปเป็นการเชื่อมที่ไม่เสถียร และในที่สุดก็กลายเป็นการเชื่อมแบบนำความร้อน ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มระดับความแรงและความถี่ในการสแกนสามารถลดรูพรุนได้ แต่ยังลดความลึกของการทะลุทะลวงของการเชื่อมลงอย่างมาก ทำให้คุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมลดลงด้วย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้มีการพัฒนาเลเซอร์แบบปรับได้โหมดวงแหวน (ARM) ซึ่งแบ่งพลังงานเลเซอร์ออกเป็นแกนกลางที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงและวงแหวนที่มีความหนาแน่นพลังงานต่ำ โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อทำให้รูเจาะมีความเสถียรและปรับปรุงคุณภาพการเชื่อม นักวิจัยได้ใช้การเชื่อมแบบสั่นด้วยเลเซอร์ ARM ในการเชื่อมโลหะผสมอะลูมิเนียมความแข็งแรงสูง 6xxx ภายใต้อัตราส่วนกำลังแกนกลาง/วงแหวนและความกว้างของการสั่นที่แตกต่างกัน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อรูปทรงของรอยเชื่อมคือความกว้างของการสั่น มากกว่าอัตราส่วนกำลังแกนกลาง/วงแหวน อย่างไรก็ตาม การกระจายตัวของรูพรุนและกลไกการยับยั้งภายใต้การซ้อนทับของการสั่นและเลเซอร์ ARM ยังไม่ได้รับการศึกษา ในบทความนี้ ได้นำเทคโนโลยีการเชื่อมแบบสั่นด้วยเลเซอร์ ARM แบบใหม่มาใช้เพื่อลดรูพรุนในรอยเชื่อม เพิ่มความลึกในการทะลุทะลวง และปรับปรุงคุณภาพรอยเชื่อมให้ดียิ่งขึ้น มีการศึกษาอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับการกระจายพลังงานเลเซอร์ พฤติกรรมไดนามิกของบ่อหลอม และโครงสร้างจุลภาคภายใต้ความถี่และแอมพลิจูดการสั่นที่แตกต่างกัน

3. วัตถุประสงค์และขั้นตอนการทดลอง

เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบวงกลมถูกนำมาใช้ในการเชื่อมโลหะผสมอะลูมิเนียม วัสดุพื้นฐาน (BM) คือโลหะผสมอะลูมิเนียม 5083-O ที่มีขนาด 300 มม. × 100 มม. × 5 มม. (ยาว × กว้าง × หนา) และองค์ประกอบทางเคมีแสดงในตาราง ก่อนการเชื่อม ตัวอย่างถูกขัดเพื่อกำจัดฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิว จากนั้นทำความสะอาดด้วยอะซิโตนในอ่างอัลตราโซนิกเป็นเวลา 15 นาทีเพื่อกำจัดน้ำมันบนพื้นผิวระบบเชื่อมด้วยเลเซอร์ระบบนี้ประกอบด้วยหุ่นยนต์ Kuka, เลเซอร์ดิสก์ TruDisk 8001 และเครื่องสแกนแบบกัลวาโนมิเตอร์ 3 มิติ PFO เป็นหลัก เลเซอร์ดิสก์ TruDisk 8001 ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบปรับได้ในโหมดวงแหวน โดยมีอัตราส่วนไฟเบอร์แกน/วงแหวนอยู่ที่ 100/400 μm และกำลังเอาต์พุตสูงสุด 8 kW (ความยาวคลื่น 1030 nm พารามิเตอร์คุณภาพลำแสง 4.0 mm·rad) ลำแสงเลเซอร์ประกอบด้วยส่วนแกนและส่วนวงแหวน โดยเลเซอร์ในส่วนแกนกลางจะสร้างรู (60% ของพลังงานเลเซอร์) และเลเซอร์ในส่วนวงแหวนจะช่วยให้การกระจายอุณหภูมิเป็นไปอย่างดี (40% ของพลังงานเลเซอร์) ดังแสดงในรูป (b) ความยาวโฟกัสของคอลลิเมเตอร์และเลนส์โฟกัสคือ 138 มม. และ 450 มม. ตามลำดับ ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ได้ใช้กล้องความเร็วสูง Phantom V1840 และแหล่งกำเนิดแสงความถี่สูง Cavilux เพื่อตรวจสอบกระบวนการเชื่อมแบบเรียลไทม์ ด้วยความเร็วในการถ่ายภาพ 5000 เฟรมต่อวินาที และเวลาเปิดรับแสง 1 ไมโครวินาที ในการศึกษานี้ วิถีการแกว่งของลำแสงแบบวงกลม เส้นทางการเคลื่อนที่ของเลเซอร์ และความเร็วขณะใดขณะหนึ่ง ถูกกำหนดดังแสดงในรูป

4. ผลการวิจัยและการอภิปราย

4.1 ลักษณะพื้นผิวรอยเชื่อม ภาพแสดงลักษณะพื้นผิวรอยเชื่อมภายใต้โหมดการสั่นของเลเซอร์ที่แตกต่างกัน ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวรอยเชื่อมของการเชื่อมแบบเส้นตรงทั่วไปนั้นหยาบ (ความหยาบ 78.01 ไมโครเมตร) มีความต่อเนื่องของรอยเชื่อมไม่ดี และการกระจายตัวของรอยเชื่อมไม่เพียงพอ นอกจากนี้ยังพบการก่อตัวของรอยเชื่อมที่ไม่สมบูรณ์ การกระเด็นของโลหะอย่างรุนแรง และการกัดเซาะใต้รอยเชื่อม เมื่อเพิ่มความ amplitud และความถี่ของการสั่น พื้นผิวรอยเชื่อมจะแสดงลักษณะเป็นเกล็ดปลาที่หนาแน่นและสม่ำเสมอ ความหยาบของพื้นผิวรอยเชื่อมที่มีความ amplitud การสั่น 0.5 มม. 1 มม. และ 2 มม. คือ 80.71 ไมโครเมตร 49.63 ไมโครเมตร และ 31.12 ไมโครเมตร ตามลำดับ ไม่พบความผิดปกติหรือส่วนที่ยื่นออกมาเนื่องจากการกระเด็นของโลหะ ผลลัพธ์บ่งชี้ว่าความถี่การสั่นที่สูงขึ้นนำไปสู่การไหลของบ่อหลอมที่สม่ำเสมอมากขึ้น ผลกระทบจากการกวนของลำแสงเลเซอร์ที่แรงขึ้น และพื้นผิวรอยเชื่อมที่สมบูรณ์แบบมากขึ้น โดยพื้นฐานแล้ว รูปทรงของรอยเชื่อมเลเซอร์มีความสัมพันธ์โดยตรงกับการเคลื่อนที่ของลำแสงเลเซอร์ ในระหว่างการเชื่อม การเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดและความถี่ของการสั่นจะเปลี่ยนแปลงความเร็วในการเชื่อม ซึ่งส่งผลต่อความหนาแน่นของพลังงานเชิงเส้นและปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ป้อนเข้าเลเซอร์ รูปทรงหน้าตัดของรอยเชื่อมมีลักษณะคล้าย "ถ้วย" ประกอบด้วยสองส่วน คือ ส่วนล่างเป็น "ก้าน" และส่วนบนเป็น "ถ้วย" ความลึกของการทะลุทะลวงและ "ก้าน" ถูกกำหนดให้เป็น H1 และ H2 ตามลำดับ และความกว้างของรอยเชื่อม ("ถ้วย") และ "ก้าน" ถูกกำหนดให้เป็น W1 และ W2 ตามลำดับ ความกว้างของรอยเชื่อม W1 และ W2 จะเพิ่มขึ้นพร้อมกันกับการเพิ่มขึ้นของแอมพลิจูดการสั่น และรูปทรงของรอยเชื่อมจะค่อยๆ เปลี่ยนจากรูปทรง "ถ้วย" เป็นรูปทรง "พระจันทร์เสี้ยว" ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์สูงสุดจะปรากฏขึ้นที่จุดที่วิถีการเคลื่อนที่ทับซ้อนกัน เมื่อเปรียบเทียบรูปภาพ (b, d) และ (c, e) จะเห็นได้ว่าการเพิ่มความถี่ในการสแกนจะเพิ่มพื้นที่ทับซ้อนของวิถีตามเส้นทางการสแกน ทำให้การกระจายพลังงานเลเซอร์สม่ำเสมอยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม การลดความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดจะนำไปสู่การลดความลึกของการเชื่อม

4.2 พฤติกรรมของบ่อหลอม เพื่อให้เข้าใจถึงอิทธิพลของเส้นทางการสแกนต่อพฤติกรรมของบ่อหลอม จึงได้ใช้ระบบกล้องความเร็วสูงในการสังเกตกระบวนการเปลี่ยนแปลงของบ่อหลอมและรูเจาะ รูปที่ (a) แสดงกระบวนการเปลี่ยนแปลงของบ่อหลอมภายใต้เส้นทางการสแกนแบบเส้นตรง รูปที่ (b) เป็นแผนภาพการเปลี่ยนแปลงของบ่อหลอมภายใต้พารามิเตอร์การสั่นที่แตกต่างกัน เมื่อความถี่และแอมพลิจูดของการสั่นเพิ่มขึ้น ส่วนท้ายของบ่อหลอมจะกลมมากขึ้นเนื่องจากการขยายความกว้างของบ่อหลอม เมื่อความยาวของบ่อหลอมเพิ่มขึ้น ความผันผวนของพื้นผิวที่เกิดจากการปะทุของรูเจาะจะลดลงในระหว่างการเคลื่อนที่ย้อนกลับ ดังนั้น โลหะเหลวที่หลอมเหลวจะแข็งตัวอย่างราบรื่นและสม่ำเสมอที่ส่วนท้ายของบ่อหลอม ทำให้เกิดรอยเชื่อมที่สม่ำเสมอและหนาแน่น รูปแสดงการเปลี่ยนแปลงของพื้นที่เปิดรูเจาะในระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ซึ่งได้มาจากภาพถ่ายความเร็วสูงของบ่อหลอม ดังแสดงในรูป (ก) ระหว่างการเชื่อมแบบเส้นตรง ขนาดของช่องเปิดรูเจาะแสดงความผันผวนอย่างชัดเจน พบการปิดของรูเจาะหลายครั้ง (0 มม.²) โดยมีพื้นที่เปิดรูเจาะเฉลี่ย 0.47 มม.² การเพิ่มแอมพลิจูดของการสั่นสามารถลดความผันผวนและเพิ่มเสถียรภาพได้ เนื่องจากในการเชื่อมแบบสั่น พลังงานส่วนใหญ่จะกระจายไปทั้งสองด้าน ดังนั้นทางออกของรูเจาะจึงขยายตัว และแอมพลิจูดของการสั่นเพิ่มขึ้น ทำให้พื้นที่เปิดเพิ่มขึ้น การเพิ่มแอมพลิจูดจะขยายช่วงการกวนของลำแสงเลเซอร์ ทำให้รัศมีของการเคลื่อนที่แบบเป็นคาบของรูเจาะขยายตัว เนื่องจากความหนืดของโลหะหลอมเหลวและแรงดันไฮโดรไดนามิกที่กระทำใกล้ผนังรูเจาะ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนในบ่อหลอมเหลวใกล้กับช่องเปิดรูเจาะ การขยายตัวของพื้นที่เปิดรูเจาะช่วยเพิ่มเสถียรภาพ ป้องกันการเกิดฟองอากาศ และยับยั้งการเกิดรูพรุนได้อย่างมีนัยสำคัญ

4.3 โครงสร้างจุลภาค รูปภาพแสดงสัณฐานวิทยา EBSD ของหน้าตัดรอยเชื่อมภายใต้ความถี่และแอมพลิจูดการสั่นที่แตกต่างกัน บริเวณใกล้แนวหลอมเหลวของรอยเชื่อมเลเซอร์ พบว่าเกรนเดนไดรต์ทรงแท่งเจริญเติบโตเข้าหาศูนย์กลางรอยเชื่อม ดังแสดงในรูป (a) ระหว่างบริเวณ "ชาม" และ "ลำต้น" สามารถสังเกตเห็นความแตกต่างที่ชัดเจนในการกระจายตัวของเกรนทรงแท่ง เกรนทรงแท่งกระจายตัวเป็นรูปตัว U ตามแนวผนัง "ชาม" ในขณะที่ในบริเวณ "ลำต้น" เกรนทรงแท่งกระจายตัวเป็นรูปตัว U ตามแนวหลอมเหลว ในระหว่างการแข็งตัวของรอยเชื่อม เกรนที่แข็งตัวบางส่วนในบริเวณหลอมเหลวทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของการแข็งตัวและเจริญเติบโตตั้งฉากกับขอบเขตของบ่อหลอมตามทิศทางของความชันอุณหภูมิสูงสุด ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์สูงทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปภายในบ่อเชื่อม ความชันของอุณหภูมิ G ที่สูงขึ้นและอัตราการเติบโต R ที่ปานกลาง ทำให้ G/R มากกว่าเกณฑ์สำหรับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาค ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเกรนแบบเสา เมื่อความชันของอุณหภูมิ G ที่ศูนย์กลางรอยเชื่อมลดลง ทำให้ค่า G/R ค่อยๆ ลดลงต่ำกว่าเกณฑ์การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาค เปลี่ยนไปเป็นเกรนแบบทรงกลม เกรนแบบทรงกลมจะอยู่บริเวณส่วนกลางของทั้ง "ส่วนโค้ง" และ "ส่วนลำต้น" เนื่องจาก "ส่วนลำต้น" ของรอยเชื่อมแคบและอยู่ใกล้กับวัสดุฐาน จึงแข็งตัวสมบูรณ์ก่อนบริเวณ "ส่วนโค้ง" ในระหว่างการเย็นตัว ส่วน "ลำต้น" ที่แข็งตัวแล้วทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของการตกผลึกที่ด้านล่างของ "ส่วนโค้ง" ส่งเสริมการเติบโตของเกรนแบบเสาขึ้นไปด้านบน ภาพแสดงกระบวนการเชื่อมแบบเส้นตรงและแบบสั่น แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งลำแสงเลเซอร์อย่างต่อเนื่องในการเชื่อมเลเซอร์แบบสั่นจะเพิ่มความยาวของบ่อหลอมเหลวกลาง ทำให้โลหะที่แข็งตัวแล้วหลอมเหลวอีกครั้ง ส่งผลให้อัตราการเติบโตของเกรน r ลดลง สิ่งนี้อาจนำไปสู่การลดลงของ G/R ในบริเวณเม็ดเกรนทรงกลมด้านล่าง

4.4 การกระจายตัวของรูพรุน ได้ใช้การถ่ายภาพรังสีเอกซ์สามมิติในการตรวจสอบรอยเชื่อมอย่างละเอียด เพื่อให้ได้การกระจายตัวของรูพรุนในรอยเชื่อมแบบสามมิติ ดังแสดงในรูป รูพรุนคำนวณจากปริมาตรทั้งหมดของรูพรุนหารด้วยปริมาตรทั้งหมดของรอยเชื่อม เมื่อเปรียบเทียบรูปร่างและการกระจายตัวของรูพรุนระหว่างรอยเชื่อมแบบเลเซอร์สั่นเส้นตรงและรอยเชื่อมแบบเลเซอร์สั่นวงกลม พบว่ารอยเชื่อมแบบเลเซอร์สั่นเส้นตรงมีรูพรุนขนาดใหญ่มากกว่า โดยมีรูพรุน 2.49% ซึ่งสูงกว่ารอยเชื่อมแบบวงกลมอย่างมีนัยสำคัญการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสั่นเมื่อเปรียบเทียบรูปภาพ (b, c) และ (d, e) จะเห็นได้ว่าการเพิ่มความถี่การสั่นช่วยยับยั้งการเกิดรูพรุน เมื่อเปรียบเทียบรูปภาพ (b, d) และ (c, e) จะเห็นได้ว่าการเพิ่มแอมพลิจูดการสั่นก็มีบทบาทสำคัญในการยับยั้งการเกิดรูพรุนเช่นกัน เมื่อเพิ่มแอมพลิจูดการสั่นเป็น 2 มม. (รูปภาพ (f)) ความพรุนจะลดลงเหลือ 0.22% เหลือเพียงรูพรุนขนาดเล็กและปริมาตรน้อยเท่านั้น รูปภาพแสดงการกระจายพื้นที่รูพรุนที่ระยะห่างต่างๆ จากเส้นศูนย์กลางของรอยเชื่อม ซึ่งแสดงถึงความพรุนตามขนาดพื้นที่รูพรุน สำหรับการเชื่อมแบบเส้นตรง พื้นที่รูพรุนจะกระจายอย่างสมมาตรตามแนวเส้นศูนย์กลางของรอยเชื่อม และค่อยๆ ลดลงเมื่อระยะห่างจากเส้นศูนย์กลางของรอยเชื่อมเพิ่มขึ้น ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่ารูพรุนที่เกิดจากคีย์โฮลส่วนใหญ่จะกระจุกตัวอยู่ด้านหลังขอบของบ่อหลอมที่เส้นศูนย์กลางของรอยเชื่อม สำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสั่น การกระจายตัวของรูพรุนจะมีสมมาตรน้อยลง รูปแสดงพื้นที่รูพรุนที่ระยะต่างๆ จากพื้นผิวรอยเชื่อม โดยเส้นสีแดงแสดงถึงขอบเขตระหว่างบริเวณ "แอ่ง" และ "ลำต้น" ในกรณีที่รูพรุนขนาดใหญ่มีมาก (รูป (ac)) พื้นที่รูพรุนเหนือขอบเขตจะมีมากกว่า 85% เนื่องจากเส้นโค้งที่ขอบเขตตามแนวยาวมีแนวโน้มที่จะดักจับฟองอากาศในบ่อหลอม และฟองอากาศที่ถูกดักจับมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนภายใต้อิทธิพลของแรงลอยตัว ในกรณีที่รูพรุนขนาดเล็กมีมาก (รูป (df)) รูพรุนจะกระจุกตัวอยู่ในบริเวณภายใน 0.5 มม. ใต้เส้นขอบเขต เวลาการเย็นตัวที่สั้นและการเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนที่น้อยอาจเป็นสาเหตุของปรากฏการณ์นี้

5. บทสรุป

(1) โหมดการสั่นของเลเซอร์ที่แตกต่างกันมีผลกระทบที่ชัดเจนต่อพื้นผิวรอยเชื่อม แอมพลิจูดและความถี่ที่สูงขึ้นสามารถปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวได้ ในขณะที่พารามิเตอร์การสั่นที่มากเกินไปอาจเพิ่มความหยาบและทำให้เกิดข้อบกพร่องเว้า

(2) รูปทรงของรอยเชื่อมส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์การสั่นของเลเซอร์ ซึ่งส่งผลต่อความเร็วในการเชื่อม การกระจายพลังงาน และปริมาณความร้อนทั้งหมด เมื่อแอมพลิจูดการสั่นเพิ่มขึ้น รูปทรงของรอยเชื่อมจะเปลี่ยนจาก "ถ้วย" เป็น "พระจันทร์เสี้ยว" และอัตราส่วนด้านจะลดลง

(3) เมื่อแอมพลิจูดและความถี่ของการสั่นเพิ่มขึ้น บ่อหลอมจะกว้างขึ้นและส่วนด้านหลังจะกลมขึ้น ผลของการสั่นสะเทือนจะเพิ่มความยาวของบ่อหลอม ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการระบายฟองอากาศและการแข็งตัวที่สม่ำเสมอ ในระหว่างการเชื่อมแบบเส้นตรง พื้นที่เปิดของรูเจาะจะผันผวน เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว การผันผวนนี้สามารถลดลงได้ ทำให้ความเสถียรในการเชื่อมดีขึ้น

(4) การเพิ่มแอมพลิจูดและความถี่ของการสั่นจะช่วยลดทั้งความชันของอุณหภูมิและอัตราการเติบโต ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการก่อตัวของขนาดเกรนขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ผลของเลเซอร์กวนเอื้อต่อการปรับขนาดเกรนให้ละเอียดขึ้นและปรับปรุงความแข็งแรงของเนื้อสัมผัส ภายใต้พารามิเตอร์เลเซอร์ที่แตกต่างกัน ความแข็งของรอยเชื่อมยังคงค่อนข้างคงที่ ต่ำกว่าความแข็งของวัสดุพื้นฐานเล็กน้อย ซึ่งอาจเป็นเพราะการสูญเสียแมกนีเซียมจากการระเหย

(5) การถ่ายภาพรังสีเอกซ์สามมิติแสดงให้เห็นว่าการเชื่อมแบบเส้นตรงมีรูพรุนสูงกว่า (2.49%) และมีปริมาตรรูพรุนมากกว่าการเชื่อมแบบสั่น การเพิ่มพารามิเตอร์การสั่นสามารถลดรูพรุนได้อย่างมีนัยสำคัญ แม้กระทั่งลดลงเหลือ 0.22% เมื่อแอมพลิจูดอยู่ที่ 2 มม. การกระจายพื้นที่ของรูพรุนจะเปลี่ยนไปตามการสั่น: รูพรุนขนาดใหญ่จะรวมตัวกันอยู่ด้านหลังของบ่อหลอม และรูพรุนขนาดเล็กจะมีสมมาตรที่ดีกว่า รูพรุนขนาดใหญ่ส่วนใหญ่กระจายอยู่เหนือขอบเขตระหว่างบริเวณ "ชาม" และ "ลำต้น" ในขณะที่รูพรุนขนาดเล็กจะกระจุกตัวอยู่ใต้ขอบเขต