ข้อดีอันเป็นเอกลักษณ์ของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์
1. เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์
หลักการทำงาน: วัสดุที่ไวต่อแสงเลเซอร์ (เช่น ส่วนผสมของ CO₂ และก๊าซอื่นๆ ผลึก YAG (อิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต) เป็นต้น) จะถูกกระตุ้นด้วยวิธีเฉพาะเพื่อให้สั่นไปมาภายในโพรงเรโซแนนซ์ ทำให้เกิดลำแสงรังสีแบบกระตุ้น เมื่อลำแสงสัมผัสกับชิ้นงาน พลังงานของลำแสงจะถูกดูดซับ การเชื่อมสามารถทำได้เมื่ออุณหภูมิถึงจุดหลอมเหลวของวัสดุ
2. พารามิเตอร์หลักของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์
(1) ความหนาแน่นของพลังงาน
ที่ความหนาแน่นพลังงานต่ำ ชั้นผิวหน้าจะใช้เวลาหลายมิลลิวินาทีในการถึงจุดเดือด ก่อนที่ผิวหน้าจะระเหย ชั้นด้านล่างจะหลอมเหลวก่อน ทำให้เกิดการเชื่อมแบบหลอมรวมที่มีคุณภาพสูง
(2) รูปคลื่นพัลส์เลเซอร์
ค่าการสะท้อนแสงของโลหะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในระหว่างรอบการทำงานของเลเซอร์ โดยจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวถึงจุดหลอมเหลว และจะคงที่ที่ค่าคงที่เมื่อพื้นผิวอยู่ในสถานะหลอมเหลว
(3) ความกว้างพัลส์เลเซอร์
อย่างไรก็ตาม ความกว้างของพัลส์ที่ยาวขึ้นจะลดกำลังสูงสุดลง ดังนั้น โดยทั่วไปแล้วจึงใช้ความกว้างของพัลส์ที่ยาวขึ้นในการเชื่อมแบบนำความร้อน ซึ่งจะทำให้ได้รอยเชื่อมที่กว้างและตื้น เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมซ้อนแผ่นโลหะบางและหนา
ถึงกระนั้น กำลังไฟสูงสุดที่ต่ำเกินไปอาจส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไป วัสดุแต่ละชนิดมีช่วงความกว้างของพัลส์ที่เหมาะสมที่สุดซึ่งจะช่วยให้การเชื่อมมีประสิทธิภาพสูงสุด
(4) ปริมาณการเบลอภาพ
(5) โหมดเบลอภาพ
ตามทฤษฎีทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต ความหนาแน่นของพลังงานบนระนาบที่อยู่ห่างจากพื้นผิวการเชื่อมเท่ากัน (ทั้งในรูปแบบการเบลอภาพเชิงบวกและเชิงลบ) จะมีค่าใกล้เคียงกัน อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ รูปทรงของบ่อหลอมโลหะที่ได้จะแตกต่างกันเล็กน้อย การเบลอภาพเชิงลบจะทำให้การเชื่อมทะลุทะลวงมากขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับกลไกการก่อตัวของบ่อหลอมโลหะ
(6) ความเร็วในการเชื่อม
สำหรับกำลังเลเซอร์ที่กำหนดและความหนาของวัสดุที่เฉพาะเจาะจง จะมีช่วงความเร็วในการเชื่อมที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งภายในช่วงนั้นจะสามารถบรรลุการแทรกซึมของรอยเชื่อมสูงสุดได้ที่ค่าความเร็วที่สอดคล้องกัน
(7) ก๊าซป้องกัน
ก๊าสปกคลุมมีหน้าที่สำคัญ 3 ประการ:
- ป้องกันบ่อเชื่อมจากการปนเปื้อนจากบรรยากาศภายนอก
- ป้องกันเลนส์ปรับโฟกัสจากการปนเปื้อนของไอโลหะและละอองโลหะหลอมเหลว ซึ่งเป็นหน้าที่สำคัญในการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูง เนื่องจากละอองโลหะที่กระเด็นออกมามีพลังงานสูงมาก
- กระจายกลุ่มพลาสมาที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูงอย่างมีประสิทธิภาพ ไอโลหะจะดูดซับพลังงานเลเซอร์และแตกตัวเป็นพลาสมา พลาสมาที่มากเกินไปสามารถลดทอนพลังงานของลำแสงเลเซอร์ได้
3. คุณสมบัติพิเศษของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์
- ผลของการทำให้รอยเชื่อมบริสุทธิ์: เมื่อลำแสงเลเซอร์ฉายไปที่รอยเชื่อม สารปนเปื้อนออกไซด์ในวัสดุจะดูดซับพลังงานเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าโลหะพื้นฐาน สารปนเปื้อนเหล่านี้จะถูกทำให้ร้อน ระเหย และถูกขับออกไปอย่างรวดเร็ว ทำให้ปริมาณสารปนเปื้อนในรอยเชื่อมลดลงอย่างมาก ดังนั้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไม่เพียงแต่ช่วยป้องกันการปนเปื้อนของชิ้นงาน แต่ยังช่วยทำให้วัสดุบริสุทธิ์อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย
- ปรากฏการณ์การระเบิดจากแสงเลเซอร์: ที่ความหนาแน่นพลังงานสูงมาก การฉายรังสีเลเซอร์อย่างเข้มข้นจะทำให้โลหะในรอยเชื่อมระเหยอย่างรวดเร็ว ภายใต้แรงดันของไอโลหะความเร็วสูง โลหะหลอมเหลวในบ่อเชื่อมจะเกิดการกระเด็นอย่างรุนแรง คลื่นกระแทกอันทรงพลังจะแพร่กระจายลึกเข้าไปในวัสดุ ทำให้เกิดรูเล็กๆ ขึ้น เมื่อลำแสงเลเซอร์เคลื่อนที่ในระหว่างการเชื่อม โลหะหลอมเหลวโดยรอบจะเติมเต็มรูนั้นอย่างต่อเนื่องและแข็งตัวกลายเป็นรอยเชื่อมที่แข็งแรงและลึก
- ปรากฏการณ์รูทะลุในงานเชื่อมแบบเจาะลึก: เมื่อลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 10⁷ วัตต์/ตารางเซนติเมตร ฉายไปยังวัสดุ อัตราการป้อนพลังงานเข้าสู่รอยเชื่อมจะสูงกว่าอัตราการสูญเสียความร้อนผ่านการนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีอย่างมาก ส่งผลให้โลหะในบริเวณที่ถูกเลเซอร์ฉายระเหยอย่างรวดเร็ว เกิดเป็นรูทะลุในบ่อหลอมโลหะภายใต้ไอน้ำแรงดันสูง
เช่นเดียวกับหลุมดำทางดาราศาสตร์ รูเจาะนี้ดูดซับพลังงานเลเซอร์ที่ตกกระทบเกือบทั้งหมด ทำให้ลำแสงสามารถทะลุลงไปถึงก้นรูเจาะได้โดยตรง ความลึกของรูเจาะจะเป็นตัวกำหนดความลึกของการเชื่อม
- ผลการโฟกัสของเลเซอร์ที่ผนังด้านข้างของรูเจาะ: ในระหว่างการก่อตัวของรูเจาะในบ่อหลอมโลหะ ลำแสงเลเซอร์ที่ตกกระทบที่ผนังด้านข้างของรูเจาะมักจะมีมุมตกกระทบขนาดใหญ่ ลำแสงเหล่านี้จะสะท้อนจากผนังด้านข้างและแพร่กระจายไปยังก้นรูเจาะ ส่งผลให้เกิดการซ้อนทับของพลังงานภายในรูเจาะ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าผลการโฟกัสที่ผนังด้านข้างของรูเจาะ ซึ่งช่วยเพิ่มความเข้มของเลเซอร์ภายในรูเจาะได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีส่วนช่วยให้การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีคุณสมบัติเฉพาะตัว
4. ข้อดีของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์
- กระบวนการเชื่อมที่รวดเร็วเป็นพิเศษ: เวลาการฉายแสงเลเซอร์ที่สั้นช่วยให้การเชื่อมทำได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มผลผลิต แต่ยังช่วยลดการเกิดออกซิเดชันของวัสดุและลดพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อน เช่น ทรานซิสเตอร์ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ไม่ก่อให้เกิดตะกรันจากการเชื่อมและไม่จำเป็นต้องกำจัดออกไซด์ก่อนการเชื่อม นอกจากนี้ยังสามารถเชื่อมผ่านกระจกได้ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเครื่องมือวัดขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง
- ความเข้ากันได้กับวัสดุที่หลากหลาย: การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถเชื่อมได้ไม่เพียงแต่โลหะชนิดเดียวกันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโลหะต่างชนิดกัน และแม้กระทั่งโลหะผสมกับอโลหะ ตัวอย่างเช่น วงจรรวมที่มีพื้นผิวเซรามิกนั้นยากที่จะเชื่อมด้วยวิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิม เนื่องจากจุดหลอมเหลวสูงของเซรามิกและความจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงแรงกดทางกล การเชื่อมด้วยเลเซอร์จึงเป็นทางออกที่สะดวกสำหรับงานดังกล่าว อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไม่เหมาะสำหรับวัสดุต่างชนิดกันทุกชนิด
5. สถานการณ์การใช้งานและอุตสาหกรรมของการเชื่อมด้วยเลเซอร์
- การเชื่อมแบบนำความร้อน: ส่วนใหญ่ใช้สำหรับงานกลึงที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น การตกแต่งขอบแผ่นโลหะบาง และการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์
- การเชื่อมและการบัดกรีแบบเจาะลึก: นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ การเชื่อมแบบเจาะลึกใช้สำหรับการเชื่อมตัวถังรถยนต์ เกียร์ และปลอกหุ้มภายนอก ในขณะที่การบัดกรีส่วนใหญ่ใช้ในการประกอบตัวถังรถยนต์
- การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบนำความร้อนสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ: มีการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการผลิตสินค้าอุปโภคบริโภค การผลิตยานยนต์ การผลิตกล่องหุ้มอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเทคโนโลยีทางการแพทย์
- การเชื่อมแบบไฮบริด: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างเหล็กพิเศษ เช่น การผลิตพื้นดาดฟ้าเรือ
วันที่เผยแพร่: 15 ธันวาคม 2025
