ผลกระทบของรูปทรงร่องต่อรอยเชื่อมต่อการเชื่อมคอมโพสิตด้วยเลเซอร์อาร์คของแผ่นโลหะหนาปานกลางและหนา

01. อะไรคือรอยเชื่อม

รอยเชื่อมหมายถึงรอยต่อที่ชิ้นงานสองชิ้นขึ้นไปเชื่อมต่อกันด้วยการเชื่อม รอยเชื่อมแบบหลอมละลายเกิดขึ้นจากการให้ความร้อนเฉพาะจุดจากแหล่งความร้อนที่มีอุณหภูมิสูง รอยเชื่อมประกอบด้วยบริเวณหลอมละลาย (บริเวณรอยเชื่อม) เส้นหลอมละลาย บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน และบริเวณโลหะฐาน ดังแสดงในรูป

02. ข้อต่อก้นคืออะไร

โครงสร้างการเชื่อมที่ใช้กันทั่วไปคือรอยต่อที่ชิ้นส่วนสองชิ้นเชื่อมต่อกันโดยเชื่อมในระนาบเดียวกันหรือเชื่อมเป็นรูปโค้งที่กึ่งกลางของรอยต่อ คุณลักษณะเด่นคือความร้อนสม่ำเสมอ แรงสม่ำเสมอ และตรวจสอบคุณภาพการเชื่อมได้ง่าย

03 อะไรคือร่องเชื่อม

เพื่อให้แน่ใจว่ารอยเชื่อมมีความแน่นหนาและมีคุณภาพ รวมถึงลดการเสียรูปจากการเชื่อม โดยทั่วไปแล้วรอยเชื่อมของชิ้นส่วนที่เชื่อมจะถูกขึ้นรูปเป็นรูปทรงต่างๆ ก่อนการเชื่อม ร่องเชื่อมแบบต่างๆ เหมาะสำหรับวิธีการเชื่อมและความหนาของชิ้นงานที่แตกต่างกัน รูปทรงร่องเชื่อมที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ รูปตัว I, รูปตัว V, รูปตัว U, รูปตัว V ด้านเดียว เป็นต้น ดังแสดงในรูป

รูปแบบร่องทั่วไปของข้อต่อชน

04 อิทธิพลของรูปทรงร่องต่อไม้ชนกันต่อการเชื่อมคอมโพสิตด้วยเลเซอร์อาร์ค

เมื่อความหนาของชิ้นงานที่เชื่อมเพิ่มขึ้น การเชื่อมด้านเดียวและการขึ้นรูปสองด้านของแผ่นโลหะหนาปานกลางและหนา (กำลังเลเซอร์ < 10 กิโลวัตต์) มักจะซับซ้อนมากขึ้น โดยปกติแล้วจะต้องใช้กลยุทธ์การเชื่อมที่แตกต่างกัน เช่น การออกแบบร่องที่เหมาะสมหรือการเว้นช่องว่างสำหรับเชื่อมต่อ เพื่อให้สามารถเชื่อมแผ่นโลหะหนาปานกลางและหนาได้ อย่างไรก็ตาม ในการเชื่อมจริง การเว้นช่องว่างสำหรับเชื่อมต่อจะเพิ่มความยากลำบากในการใช้งานอุปกรณ์จับยึดชิ้นงาน ดังนั้น การออกแบบร่องจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการเชื่อม หากการออกแบบร่องไม่เหมาะสม ความเสถียรและประสิทธิภาพของการเชื่อมจะได้รับผลกระทบในทางลบ และยังเพิ่มความเสี่ยงต่อข้อบกพร่องในการเชื่อมอีกด้วย

(1) รูปแบบร่องมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของรอยเชื่อม การออกแบบร่องที่เหมาะสมจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าลวดเชื่อมจะเติมเต็มรอยเชื่อมได้อย่างเต็มที่ ลดการเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อม

(2) รูปทรงเรขาคณิตของร่องมีผลต่อวิธีการถ่ายเทความร้อน ซึ่งสามารถนำความร้อนได้ดีขึ้น ทำให้ความร้อนและการระบายความร้อนสม่ำเสมอมากขึ้น และช่วยหลีกเลี่ยงการเสียรูปจากความร้อนและความเครียดตกค้าง

(3) รูปแบบร่องจะมีผลต่อสัณฐานวิทยาภาคตัดขวางของรอยเชื่อม และจะทำให้สัณฐานวิทยาภาคตัดขวางของรอยเชื่อมเป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะ เช่น ความลึกและความกว้างของการเชื่อม

(4) รูปแบบร่องที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงเสถียรภาพของการเชื่อมและลดปรากฏการณ์ที่ไม่เสถียรในระหว่างกระบวนการเชื่อม เช่น การกระเด็นและข้อบกพร่องใต้ขอบ

ดังแสดงในรูปที่ 3 นักวิจัยพบว่าการใช้การเชื่อมคอมโพสิตด้วยเลเซอร์อาร์ค (กำลังเลเซอร์ 4 กิโลวัตต์) สามารถเติมร่องได้ในสองชั้นและสองรอบ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเชื่อม MnDR หนา 20 มิลลิเมตรโดยปราศจากข้อบกพร่องทำได้โดยใช้การเชื่อมคอมโพสิตด้วยเลเซอร์อาร์คสามชั้น (กำลังเลเซอร์ 6 กิโลวัตต์) การเชื่อมคอมโพสิตด้วยเลเซอร์อาร์คถูกนำมาใช้ในการเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำหนา 30 มิลลิเมตรในหลายชั้นและหลายรอบ และรูปร่างหน้าตัดของรอยเชื่อมมีความเสถียรและดี นอกจากนี้ นักวิจัยยังพบว่าความกว้างของร่องสี่เหลี่ยมและมุมของร่องรูปตัว Y มีผลกระทบอย่างมากต่อผลของการจำกัดพื้นที่ เมื่อความกว้างของร่องสี่เหลี่ยมคือ≤4 มม. และมุมของร่องรูปตัว Y คือ≤60 °จากการตรวจสอบลักษณะหน้าตัดของรอยเชื่อม พบว่ามีรอยแตกตรงกลางและรอยบากที่ผนังด้านข้าง ดังแสดงในรูป

ผลกระทบของรูปทรงร่องต่อลักษณะหน้าตัดของรอยเชื่อม

อิทธิพลของความกว้างและมุมของร่องต่อลักษณะทางกายภาพของหน้าตัดรอยเชื่อม

05 สรุป

การเลือกรูปทรงร่องเชื่อมจำเป็นต้องพิจารณาอย่างรอบด้านถึงข้อกำหนดของงานเชื่อม คุณลักษณะของวัสดุ และลักษณะเฉพาะของกระบวนการเชื่อมคอมโพสิตด้วยเลเซอร์อาร์ค การออกแบบร่องเชื่อมที่เหมาะสมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมและลดความเสี่ยงของข้อบกพร่องในการเชื่อมได้ ดังนั้น การเลือกและการออกแบบรูปทรงร่องเชื่อมจึงเป็นปัจจัยสำคัญก่อนการเชื่อมคอมโพสิตด้วยเลเซอร์อาร์คสำหรับแผ่นโลหะหนาปานกลางและหนามาก