ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วในการเชื่อมและคุณภาพของการเชื่อม

ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วในการเชื่อมและคุณภาพของการเชื่อมนั้นควรทำความเข้าใจอย่างรอบด้าน และไม่ควรละเลยด้านใดด้านหนึ่ง โดยส่วนใหญ่จะสะท้อนให้เห็นในขั้นตอนการให้ความร้อนและขั้นตอนการตกผลึก

1. ขั้นตอนการให้ความร้อน

ภายใต้สภาวะการทำงานของการเชื่อมท่อแบบตะเข็บตรงความถี่สูง ขอบของท่อจะถูกทำให้ร้อนจากอุณหภูมิห้องไปจนถึงอุณหภูมิการเชื่อม ในช่วงเวลานี้ ขอบของท่อจะไม่มีการป้องกันใดๆ และสัมผัสกับอากาศโดยตรง ซึ่งจะทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงกับออกซิเจน ไนโตรเจน และสารอื่นๆ ในอากาศ ส่งผลให้ปริมาณไนโตรเจนและออกไซด์ในรอยเชื่อมเพิ่มขึ้นอย่างมาก มีการวัดพบว่าปริมาณไนโตรเจนในรอยเชื่อมเพิ่มขึ้น 20 ถึง 45 เท่า และปริมาณออกซิเจนเพิ่มขึ้น 7 ถึง 35 เท่า ในขณะเดียวกัน ธาตุผสมจำนวนมาก เช่น แมงกานีสและคาร์บอน ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อรอยเชื่อม จะถูกเผาไหม้และระเหยไป ทำให้คุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมลดลง จากนี้จะเห็นได้ว่า ในแง่นี้ ยิ่งความเร็วในการเชื่อมช้าลง คุณภาพของรอยเชื่อมก็จะยิ่งแย่ลง

ไม่เพียงเท่านั้น ยิ่งขอบของท่อที่ถูกทำให้ร้อนสัมผัสกับอากาศนานเท่าใด หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ความเร็วในการเชื่อมช้าลงเท่าใด ก็จะยิ่งทำให้เกิดออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะมากขึ้นในระดับที่ลึกกว่า ออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะในระดับลึกเหล่านี้ยากที่จะถูกขับออกไปจากรอยเชื่อมได้อย่างสมบูรณ์ในระหว่างกระบวนการตกผลึกแบบอัดรีดในภายหลัง หลังจากตกผลึกแล้ว พวกมันจะยังคงอยู่ในรอยเชื่อมในรูปของสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ ก่อให้เกิดส่วนต่อประสานที่เปราะบางอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งจะทำลายความสอดคล้องของโครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อมและลดความแข็งแรงของรอยเชื่อม ในทางกลับกัน ยิ่งความเร็วในการเชื่อมเร็วขึ้น เวลาในการเกิดออกซิเดชันก็จะสั้นลง และออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะที่เกิดขึ้นก็จะน้อยลง ซึ่งจะจำกัดอยู่เฉพาะที่ชั้นผิว และสามารถถูกขับออกไปจากรอยเชื่อมได้ง่ายขึ้นในระหว่างกระบวนการอัดรีดในภายหลัง นอกจากนี้ยังจะไม่มีสารตกค้างของออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะมากเกินไปในรอยเชื่อม และความแข็งแรงของรอยเชื่อมก็จะสูงขึ้น

2. ขั้นตอนการตกผลึก

ตามหลักการทางโลหะวิทยา เพื่อให้ได้รอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงสูง จำเป็นต้องปรับขนาดเกรนของโครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อมให้ละเอียดที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แนวทางพื้นฐานในการปรับปรุงคือการสร้างนิวเคลียสของผลึกจำนวนมากพอในช่วงเวลาสั้น ๆ เพื่อให้นิวเคลียสเหล่านั้นสัมผัสกันก่อนที่จะเติบโตอย่างมีนัยสำคัญและกระบวนการตกผลึกสิ้นสุดลง ซึ่งต้องอาศัยการเพิ่มความเร็วในการเชื่อมเพื่อให้รอยเชื่อมออกจากบริเวณความร้อนอย่างรวดเร็ว เพื่อให้รอยเชื่อมสามารถตกผลึกได้อย่างรวดเร็วที่ระดับการเย็นตัวต่ำกว่าจุดหลอมเหลวที่สูงขึ้น เมื่อระดับการเย็นตัวต่ำกว่าจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้น อัตราการเกิดนิวเคลียสก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่อัตราการเติบโตจะเพิ่มขึ้นน้อยลง จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับปรุงขนาดเกรนของรอยเชื่อมได้

ดังนั้น ไม่ว่าจะพิจารณาจากขั้นตอนการให้ความร้อนในกระบวนการเชื่อมหรือการระบายความร้อนหลังการเชื่อม ภายใต้เงื่อนไขการเชื่อมพื้นฐาน การเชื่อมที่เร็วขึ้นจะส่งผลให้คุณภาพของรอยเชื่อมดีขึ้น

แมเวนเครื่องเชื่อมเลเซอร์แบบหุ่นยนต์เป็นเลเซอร์ไฟเบอร์ที่ผสานลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงเข้ากับเลเซอร์หุ่นยนต์ซึ่งทำหน้าที่เป็นแท่นเคลื่อนที่สำหรับการเชื่อม สามารถเชื่อมได้ทุกเส้นทางในอวกาศ เครื่องเชื่อมเลเซอร์อเนกประสงค์นี้สามารถตั้งโปรแกรมให้เชื่อมชิ้นส่วนที่เข้าถึงได้ยากด้วยเครื่องเชื่อมเลเซอร์ทั่วไป ทำให้มีความยืดหยุ่นในการเชื่อมสูงสุด ลำแสงเลเซอร์สามารถแบ่งได้ทั้งในด้านเวลาและพลังงาน ทำให้สามารถประมวลผลลำแสงหลายลำพร้อมกันและเพิ่มประสิทธิภาพในการเชื่อม