การเชื่อมด้วยเลเซอร์

ในวิธีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ จะใช้ลำแสงเข้มข้นที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง (เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง 0.1 ... 2 มม.) เพื่อเชื่อมต่อชิ้นส่วนต่างๆ ตามประเภทของลำแสง การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถเป็นจังหวะและต่อเนื่องได้ รอยต่อเฉพาะจุดถูกเชื่อมในลักษณะพัลซิ่ง สำหรับตะเข็บต่อเนื่องแบบพัลซิ่งเป็นระยะหรือใช้รังสีต่อเนื่อง การเชื่อมแบบพัลส์ยังใช้เมื่อจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการเสียรูปน้อยที่สุดจากอุณหภูมิความร้อนและความแม่นยำสูงอย่างต่อเนื่อง — สำหรับการเชื่อมความเร็วสูงในการผลิตแบบอนุกรมหรือจำนวนมาก

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ใช้ในการเชื่อมวัสดุต่างๆ: เหล็ก, ไททาเนียม, อลูมิเนียม, โลหะทนไฟ, ทองแดง, โลหะผสม, โลหะมีค่า, bimetals ที่มีความหนาหลายสิบถึงหลายมิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม การเชื่อมโลหะสะท้อนแสงด้วยเลเซอร์ เช่น อะลูมิเนียมและทองแดงค่อนข้างยาก การเชื่อมโลหะด้วยเลเซอร์แสดงในรูปที่ 2.

การเชื่อมโลหะที่ใช้งานนั้นดำเนินการโดยใช้ก๊าซป้องกันในรูปของไอพ่นที่พุ่งตรงไปยังบริเวณที่สัมผัสกับลำแสง

ภาพที่ 1 — การเชื่อมด้วยเลเซอร์โซลิดสเตต: 1 — ตัวกลางที่ทำงานอยู่ (ทับทิม โกเมน นีโอไดเมียม) 2 — โคมไฟปั๊ม 3 — กระจกทึบแสง 4 — กระจกโปร่งแสง 5 — ใยแก้วนำแสง 6 — ระบบออปติก 7 — รายละเอียด 8 — ลำแสงเลเซอร์ที่จุดโฟกัส 9, 10 — ตัวแยกลำแสงเลเซอร์

ภาพที่ 2 — ความสามารถในการเชื่อมของวัสดุ

ตามความลึกของการเจาะ มีการเชื่อมด้วยเลเซอร์สามประเภท:

1) การเชื่อมแบบไมโคร (น้อยกว่า 100 ไมครอน)

2) การเชื่อมขนาดเล็ก (0.1 ... 1 มม.)

3) การเชื่อมมาโคร (มากกว่า 1 มม.)

เนื่องจากความลึกของการเจาะมักไม่เกิน 4 มม. การเชื่อมด้วยเลเซอร์จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องมือที่มีความเที่ยงตรงสูง ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นาฬิกา การก่อสร้างเครื่องบิน ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การเชื่อมท่อ และยังใช้กันอย่างแพร่หลายใน อุตสาหกรรมเครื่องประดับ

ก่อนการเชื่อมชนและการทับซ้อนกัน ให้แน่ใจว่ามีช่องว่าง 0.1 ... 0.2 มม. ด้วยช่องว่างขนาดใหญ่ ความเหนื่อยหน่ายและการขาดการสังเคราะห์อาจเกิดขึ้นได้

พารามิเตอร์หลักของโหมดการเชื่อมด้วยเลเซอร์คือ:

1) ระยะเวลาและพลังงานของชีพจร

2) ความถี่พัลส์

3) เส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสง

4) ระยะทางจากส่วนที่เล็กที่สุดของลำแสงที่โฟกัสไปยังพื้นผิว

5) ความเร็วในการเชื่อม ถึง 5 มม. / วินาที ในการเพิ่มความเร็ว ความถี่พัลส์จะเพิ่มขึ้นหรือใช้โหมดต่อเนื่อง

อุตสาหกรรมใช้เลเซอร์ 2 ประเภทในการเชื่อมด้วยเลเซอร์:

1) โซลิดสเตต - เลเซอร์ทับทิมนีโอไดเมียมและ YAG (ขึ้นอยู่กับโกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียม);

2) เลเซอร์ก๊าซ CO2

เมื่อเร็ว ๆ นี้เครื่องเชื่อมเลเซอร์ก็ปรากฏตัวขึ้นซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ซึ่งเป็นใยแก้วนำแสงที่ทำจากควอตซ์เลเซอร์ดังกล่าวช่วยให้สามารถเชื่อมวัสดุที่ "มีปัญหา" ได้ — ทองแดงและทองเหลืองที่มีการสะท้อนแสงสูง ไททาเนียม

ความสามารถของเครื่องเชื่อมเลเซอร์ต่างๆ แสดงไว้ในตารางที่ 1 และ 2

ตัวอย่างของโหมดการเชื่อมเลเซอร์ด้วยแก๊ส CO2 แสดงไว้ในตารางที่ 3

ตารางที่ 1 — ความหนาของแผ่นและพลังงานเลเซอร์ในการเชื่อม

ตารางที่ 2 — การบังคับใช้เลเซอร์

ตารางที่ 3 — โหมดของการเชื่อมก้นด้วยเลเซอร์ด้วยเลเซอร์แก๊ส

เส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์โดยทั่วไปคือ 0.3 มม. รอยเชื่อมชนที่เชื่อมด้วยลำแสงขนาดเล็กกว่า 0.3 มม. อาจขาดการยึดเกาะและขาดการเจาะทะลุ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ขนาดไม่เกิน 10 กิโลวัตต์มักจะทำโดยไม่ต้องใช้ฟิลเลอร์

เนื่องจากพื้นที่ขนาดเล็กได้รับผลกระทบจากความร้อนระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์ การเชื่อมจะเย็นลงอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้สามารถส่งผลทั้งทางลบและทางบวกต่อคุณภาพของรอยเชื่อม โลหะหลายชนิดให้คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่ดีที่สุดด้วยการทำให้ข้อต่อเย็นลงอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม เมื่อทำการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม อาจทำให้แนวเชื่อมแตกหักได้ การเพิ่มความกว้างของพัลส์เป็น 10 มิลลิวินาทีและการอุ่นเครื่องช่วยขจัดปรากฏการณ์นี้

ด้วยการเลือกวัสดุและโหมดการเชื่อมที่เหมาะสม การเชื่อมด้วยเลเซอร์จะสร้างตะเข็บที่มีคุณภาพสูงสุด

ระบบเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท:

1) อุปกรณ์ตู้ ในอุปกรณ์ดังกล่าว ชิ้นงานจะถูกวางในพื้นที่ปิดพิเศษซึ่งมีบรรยากาศที่เป็นกลางในการป้องกันและลำแสงเลเซอร์ ช่างเชื่อมสามารถควบคุมและตรวจสอบกระบวนการเชื่อมโดยใช้ระบบแสงพิเศษ

2) อุปกรณ์สำหรับเชื่อมกลางแจ้งลำแสงเลเซอร์มีอิสระหลายระดับและสร้างการเคลื่อนไหวตามโปรแกรม พื้นที่เชื่อมได้รับการป้องกันโดยการไหลของก๊าซ

3) อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วยมือ ไฟฉายเลเซอร์มีความคล้ายคลึงกับไฟฉายเชื่อม TIG ลำแสงเลเซอร์ถูกส่งไปยังไฟฉายโดยใช้ใยแก้วนำแสง ในระหว่างการเชื่อม ช่างเชื่อมจะถือไฟฉายเลเซอร์ไว้ในมือข้างหนึ่งและถือวัสดุอุดไว้อีกมือหนึ่ง

ตารางที่ 4 — การเปรียบเทียบการเชื่อมด้วยเลเซอร์ประเภทต่างๆ

ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ได้แก่ :

1) พื้นที่เล็ก ๆ ของเอฟเฟกต์ความร้อนของลำแสงเลเซอร์บนวัสดุและเป็นผลให้เกิดการเสียรูปทางความร้อนที่ไม่มีนัยสำคัญ

2) ความเป็นไปได้ของการเชื่อมในสถานที่ยากต่อการเข้าถึงในสภาพแวดล้อมที่โปร่งใสต่อรังสีเลเซอร์ (แก้ว ของเหลว ก๊าซ)

3) การเชื่อมวัสดุแม่เหล็ก

4) เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กของลำแสง, ความเป็นไปได้ของการเชื่อมแบบไมโคร, รอยเชื่อมแคบที่มีลักษณะสวยงาม;

5) ความสามารถในการทำให้กระบวนการเป็นไปโดยอัตโนมัติ

6) การจัดการลำแสงที่ยืดหยุ่นผ่านการส่งผ่านแสง

7) ความอเนกประสงค์ของอุปกรณ์เลเซอร์ (ความเป็นไปได้ในการใช้งานสำหรับการเชื่อมและการตัดด้วยเลเซอร์ การทำเครื่องหมายและการเจาะ)

8) ความเป็นไปได้ในการเชื่อมวัสดุต่าง ๆ

ข้อเสียของการเชื่อมด้วยเลเซอร์:

1. ค่าใช้จ่ายสูงและความซับซ้อนของอุปกรณ์เลเซอร์

2. ความต้องการสูงสำหรับการเตรียมการ การทำความสะอาดขอบเชื่อม

3. ไม่สามารถเชื่อมชิ้นส่วนที่มีผนังหนาได้, พลังงานไม่เพียงพอการเพิ่มพลังของเลเซอร์เชื่อมถูกจำกัดด้วยความจริงที่ว่าลำแสงเลเซอร์บนโลหะมีเอฟเฟกต์แรงกว่า ทำให้กระจายตัวอยู่ในโซนเชื่อม ซึ่งสร้างความเสียหายต่อระบบออปติกของอุปกรณ์และปิดการทำงานของเลเซอร์ในเวลาไม่กี่ชั่วโมง .