เครื่องเชื่อมเลเซอร์

ความหนาแน่นของกำลังเลเซอร์:ความหนาแน่นของกำลังเลเซอร์หมายถึงกำลังเลเซอร์ต่อหน่วยพื้นที่
ความหนาแน่นกำลัง (W/c㎡)=4*พลังงานพัลส์เลเซอร์ (J)/πเส้นผ่านศูนย์กลางจุด (ซม.)²*ความกว้างพัลส์ เส้นผ่านศูนย์กลางจุด (มม.)=[ความยาวโฟกัสโฟกัส (มม.)/ความยาวโฟกัสการจำกัดลำแสงของหัวเลเซอร์ (มม.)]*เส้นผ่านศูนย์กลางแกนใยแก้วนำแสง (มม.) 1 ซม.=10มม.=10000ไมโครเมตร

กำลังเลเซอร์:การเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่มีเกณฑ์ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์อยู่ที่ 104-106W/cm² ต่ำกว่าค่านี้ การดูดซับพลังงานเลเซอร์ของโลหะสามารถทำให้อุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุเพิ่มขึ้นได้เท่านั้น แต่จะต้องรักษาเฟสของแข็งให้ไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อค่านี้ถึงหรือเกินเกณฑ์ ความลึกของการหลอมรวมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์บนชิ้นงานเกินค่าเกณฑ์ (ขึ้นอยู่กับวัสดุ) เท่านั้น จึงจะเกิดพลาสมา ซึ่งเป็นเครื่องหมายการคงความเสถียรของความลึกของการเชื่อมด้วยการหลอมรวม หากพลังงานเลเซอร์ถึงค่าเกณฑ์ จะเกิดการหลอมละลายที่พื้นผิวบนชิ้นงานเท่านั้น กล่าวคือ การเชื่อมจะเกิดขึ้นในลักษณะการนำความร้อนคงที่ เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์อยู่ใกล้ 106 W/cm² ซึ่งเป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการเกิดรูเล็กๆ การหลอมละลายในระดับลึกและการเชื่อมด้วยการนำความร้อนจะเกิดขึ้นสลับกัน และกระบวนการเชื่อมจะไม่เสถียร ส่งผลให้ความลึกของการเจาะมีความผันผวนอย่างมาก ในการเชื่อมด้วยการหลอมละลายในระดับลึกด้วยเลเซอร์ กำลังเลเซอร์จะควบคุมทั้งความลึกของการเจาะและความเร็วในการเชื่อม ความลึกของรอยเชื่อมสัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่นของกำลังลำแสง และเป็นฟังก์ชันของกำลังลำแสงตกกระทบและจุดโฟกัสของลำแสง โดยทั่วไป สำหรับลำแสงเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด ความลึกของการทะลุทะลวงจะเพิ่มขึ้นตามกำลังลำแสงที่เพิ่มขึ้น

รูปแบบคลื่นความกว้างพัลส์เลเซอร์:โดยทั่วไป เมื่อเลเซอร์เริ่มทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของวัสดุที่ผ่านการประมวลผล การสะท้อนแสงจะสูง และเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุเพิ่มขึ้นถึงจุดหลอมเหลว การสะท้อนแสงจะลดลงอย่างรวดเร็ว เมื่ออุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุอยู่ในสถานะหลอมเหลว การสะท้อนแสงจะคงที่ที่ค่าหนึ่ง ดังนั้น เมื่อเชื่อมวัสดุสะท้อนแสงสูง หากคลื่นสี่เหลี่ยมยังคงอยู่ (พลังงานที่ต้องการสูงกว่าสแตนเลสมาก) จุดเริ่มต้นของขั้นตอนการสะท้อนแสงของทองแดงจะสูง แสงส่วนใหญ่จะถูกสะท้อนออกไป ขั้นที่สอง เมื่ออุณหภูมิของทองแดงเพิ่มขึ้น การสะท้อนแสงจะลดลง ทองแดงเริ่มดูดซับพลังงาน หากเวลานี้ยังคงมีพลังงานสูงมาก อุณหภูมิของทองแดงอาจร้อนถึงจุดเดือด ส่งผลให้เกิดความไม่เสถียรของการเชื่อม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้สไปก์ล่วงหน้าโดยลดรูปคลื่นลงอย่างช้าๆ

ปริมาณการเบลอ:การเบลอโฟกัสคือระยะห่างจากพื้นผิวของการเชื่อมไปยังจุดที่เล็กที่สุดของลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสในระหว่างการเชื่อม การเบลอโฟกัสมีสองประเภท ได้แก่ การเบลอโฟกัสเชิงบวกและการเบลอโฟกัสเชิงลบ ดังที่แสดงในภาพ ระนาบโฟกัสที่อยู่เหนือชิ้นงานเป็นการเบลอโฟกัสเชิงบวก และในทางกลับกันเป็นการเบลอโฟกัสเชิงลบ การเปลี่ยนปริมาณการเบลอโฟกัสสามารถเปลี่ยนขนาดของจุดให้ความร้อนด้วยเลเซอร์และสภาวะการตกกระทบของลำแสงได้ ปริมาณการเบลอโฟกัสเพียงครั้งเดียวมากเกินไปที่จะทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดใหญ่ขึ้น ลดความหนาแน่นของพลังงานเหนือจุด ทำให้ความลึกของการหลอมเหลวลดลง ปริมาณการเบลอโฟกัสไม่เพียงแต่ส่งผลต่อขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางของจุดบนพื้นผิวของชิ้นงานเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อทิศทางของการตกกระทบของลำแสง โหมดการเชื่อม ฯลฯ อีกด้วย จึงส่งผลกระทบมากขึ้นต่อรูปร่างของรอยเชื่อม แอ่งหลอมเหลว และพื้นที่หน้าตัด

ความเร็วในการเชื่อม:ความเร็วในการเชื่อมส่งผลต่อปริมาณความร้อนที่ป้อนต่อหน่วยเวลา หากความเร็วในการเชื่อมช้าเกินไป ปริมาณความร้อนที่ป้อนจะมากเกินไป ส่งผลให้ชิ้นงานไหม้ หากความเร็วในการเชื่อมเร็วเกินไป ปริมาณความร้อนที่ป้อนจะน้อยเกินไป ส่งผลให้ชิ้นงานเชื่อมทะลุ ภายใต้กำลังเลเซอร์ที่กำหนด เพิ่มความเร็วในการเชื่อม ปริมาณความร้อนที่ป้อนจะลดลง ความลึกของการเชื่อมจะลดลง การลดความเร็วในการเชื่อมให้เหมาะสมสามารถเพิ่มความลึกของการหลอมเหลวได้ แต่หากความเร็วในการเชื่อมต่ำเกินไป ความลึกของการหลอมเหลวจะไม่เพิ่มขึ้น แต่จะทำให้ความกว้างของของเหลวที่หลอมเหลวเพิ่มขึ้น

ก๊าซป้องกัน:กระบวนการเชื่อมเลเซอร์มักใช้ก๊าซเฉื่อยในการปกป้องแอ่งหลอมเหลว เมื่อการเชื่อมวัสดุบางอย่างไม่สนใจการเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิว ไม่สามารถนำมาพิจารณาในการป้องกันได้ แต่สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ มักใช้ฮีเลียม อาร์กอน ไนโตรเจน และก๊าซอื่นๆ เพื่อการป้องกัน เพื่อให้ชิ้นงานในกระบวนการเชื่อมไม่เกิดออกซิเดชัน บทบาทที่สองของการใช้ก๊าซป้องกันคือ การปกป้องเลนส์โฟกัสจากการปนเปื้อนของไอโลหะและการพ่นละอองของเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูง เนื่องจากสารที่พุ่งออกมาจะแรงมาก ดังนั้นในเวลานี้ การปกป้องเลนส์จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง บทบาทที่สามของก๊าซป้องกันคือ การกระจายการป้องกันพลาสมาที่เกิดจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูง ซึ่งมีประสิทธิภาพมาก ไอโลหะจะดูดซับลำแสงเลเซอร์และแตกตัวเป็นไอออนเป็นกลุ่มพลาสม่า และก๊าซป้องกันรอบไอโลหะก็จะแตกตัวเป็นไอออนเนื่องจากความร้อน หากมีพลาสม่ามากเกินไป ลำแสงเลเซอร์จะถูกพลาสม่าดูดซับไปในระดับหนึ่ง พลาสม่าจะปรากฏบนพื้นผิวการทำงานในฐานะแหล่งพลังงานที่สอง ทำให้ความลึกของการหลอมเหลวตื้นขึ้นและพื้นผิวแอ่งเชื่อมกว้างขึ้น ผลกระทบของกลุ่มพลาสม่าต่อความลึกของของเหลวที่หลอมละลายนั้นเด่นชัดที่สุดในบริเวณที่มีความเร็วในการเชื่อมต่ำ ผลกระทบของพลาสม่าจะลดลงเมื่อความเร็วในการเชื่อมเพิ่มขึ้น

วัสดุเชื่อม:การดูดซับลำแสงเลเซอร์โดยวัสดุขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่สำคัญบางประการของวัสดุ เช่น อัตราการดูดซับ การสะท้อนแสง การนำความร้อน อุณหภูมิการหลอมเหลว อุณหภูมิการระเหย เป็นต้น ซึ่งสิ่งที่สำคัญที่สุดคืออัตราการดูดซับ ปัจจัยที่ส่งผลต่อการดูดซับลำแสงเลเซอร์ของวัสดุมีสองด้าน ประการแรก ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุ หลังจากวัดอัตราการดูดซับของพื้นผิวขัดเงาของวัสดุแล้ว พบว่าอัตราการดูดซับของวัสดุเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ ประการที่สอง สภาพพื้นผิวของวัสดุ (หรือระดับการเคลือบผิว) มีผลสำคัญกว่าต่ออัตราการดูดซับของลำแสง ซึ่งจะส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อเอฟเฟกต์การเชื่อม