สารบัญ：

• พารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมเลเซอร์ความแม่นยำสูง

• เหมาะสำหรับเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์

• ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์

• การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบหลอมลึกที่มีความแม่นยำสูง

• การเชื่อมเลเซอร์เหล็กนำเข้า

1. พารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมเลเซอร์：

1.1 ความหนาแน่นของพลังงาน：

ความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าเป็นปัจจัยสำคัญในกระบวนการเลเซอร์ ความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าที่สูงขึ้นสามารถทำให้พื้นผิวร้อนถึงจุดเดือดได้อย่างรวดเร็วภายในเวลาเพียงไม่กี่ไมโครวินาที ส่งผลให้เกิดการระเหยอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น ความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าที่สูงจึงเอื้อต่อกระบวนการกำจัดวัสดุ เช่น การตัด การแกะสลัก และการเจาะ ในทางกลับกัน ความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจะใช้เวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีในการถึงจุดเดือดของอุณหภูมิพื้นผิว ซึ่งทำให้ชั้นล่างสุดสามารถไปถึงจุดหลอมเหลวก่อนที่พื้นผิวจะระเหย ทำให้ง่ายต่อการสร้างรอยเชื่อมที่แน่นหนา ดังนั้น ความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าของการเชื่อมด้วยเลเซอร์โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 10-4 ถึง 10-6 วัตต์/ตารางเซนติเมตร

1.2 ความกว้างพัลส์เลเซอร์：

ความกว้างพัลส์เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ ไม่เพียงแต่แตกต่างจากการกำจัดวัสดุและการหลอมเท่านั้น แต่ยังเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดต้นทุนและปริมาณของอุปกรณ์แปรรูปอีกด้วย

1.3 อิทธิพลของความเบลอต่อคุณภาพการเชื่อม:

การเชื่อมด้วยเลเซอร์มักต้องการความคลาดเคลื่อนของแสงในระดับหนึ่ง เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานที่จุดศูนย์กลางของจุดโฟกัสเลเซอร์มีค่าสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเหยและเกิดรูได้ง่าย ในทางกลับกัน การกระจายความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างสม่ำเสมอบนระนาบที่อยู่ห่างจากจุดโฟกัสเลเซอร์

มีโหมดการเบลอภาพสองแบบให้เลือก ได้แก่ โหมดการเบลอภาพแบบบวกและโหมดการเบลอภาพแบบลบ โหมดการเบลอภาพแบบบวกจะเกิดขึ้นเมื่อระนาบโฟกัสอยู่เหนือชิ้นงาน และโหมดการเบลอภาพแบบลบจะเกิดขึ้นเมื่อระนาบโฟกัสอยู่ใต้ชิ้นงาน

การเบลอภาพเชิงลบจะนำไปสู่ความลึกของการหลอมเหลวที่มากขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้างของอ่าง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าวัสดุเริ่มหลอมเหลวภายใน 50 ถึง 200 ไมโครวินาทีหลังจากได้รับความร้อนจากเลเซอร์ ทำให้เกิดโลหะในสถานะของเหลว กลายเป็นไอระเหยและไอน้ำความดันเชิงพาณิชย์ และเปล่งแสงสีขาวสว่างจ้าด้วยความเร็วสูงมาก

ในเวลาเดียวกัน ความเข้มข้นสูงของไอจะทำให้โลหะเหลวเคลื่อนตัวไปทางขอบอ่าง ทำให้เกิดแอ่งตรงกลางอ่าง

เมื่อใช้การดีโฟกัสแบบเนกาทีฟ ความหนาแน่นของพลังงานภายในของวัสดุจะสูงกว่าความหนาแน่นของพลังงานพื้นผิว ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการหลอมเหลวและการระเหยที่รุนแรงขึ้น วิธีนี้ช่วยให้พลังงานแสงถูกถ่ายโอนไปยังส่วนที่ลึกกว่าของวัสดุ ส่งผลให้การแทรกซึมมีมากขึ้น ดังนั้น ควรใช้การดีโฟกัสแบบเนกาทีฟสำหรับความลึกของการหลอมเหลวที่มากขึ้น ในขณะที่ควรใช้การดีโฟกัสแบบบวกสำหรับการเชื่อมวัสดุบางในการใช้งานจริง

2.เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์-

1) การเชื่อมแบบบอร์ดต่อบอร์ด：

ประกอบไปด้วย การเชื่อมชน การเชื่อมปลาย การเชื่อมแบบซึมผ่านตรงกลาง และการเชื่อมแบบเจาะรูตรงกลาง

2) การเชื่อมแบบลวดต่อลวด：

ประกอบไปด้วย การเชื่อมชนแบบลวดต่อลวด การเชื่อมแบบไขว้ การเชื่อมซ้อนขนาน และการเชื่อมแบบ T

3) การเชื่อมลวดและส่วนประกอบบล็อก：

การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถใช้เชื่อมต่อลวดเข้ากับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ได้สำเร็จ และขนาดของชิ้นส่วนขนาดใหญ่สามารถกำหนดได้เอง ควรคำนึงถึงรูปทรงของชิ้นส่วนเส้นขณะทำการเชื่อม

4) การเชื่อมโลหะชนิดต่างๆ：

ในการเชื่อมโลหะหลายประเภท จำเป็นต้องกำหนดความสามารถในการเชื่อมและช่วงพารามิเตอร์ของความสามารถในการเชื่อม

ควรสังเกตว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถดำเนินการได้เฉพาะระหว่างวัสดุผสมบางประเภทเท่านั้น

แม้ว่าการบัดกรีด้วยเลเซอร์อาจไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อส่วนประกอบบางประเภท แต่เลเซอร์สามารถใช้เป็นแหล่งความร้อนสำหรับการบัดกรีอ่อนและการบัดกรีแข็งได้ ซึ่งมีข้อดีเช่นเดียวกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์

มีวิธีการเชื่อมให้เลือกหลากหลาย การเชื่อมด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการเชื่อมแผงวงจรพิมพ์ (พีซีบี) โดยเฉพาะเทคโนโลยีการประกอบแผ่นเวเฟอร์

3. ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์：

การให้ความร้อนในพื้นที่ช่วยลดความเสี่ยงต่อความเสียหายที่เกิดจากความร้อนต่อส่วนประกอบต่างๆ และสร้างโซนเล็กๆ ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมใกล้กับส่วนประกอบที่รับความร้อนได้

การให้ความร้อนแบบไม่สัมผัสสามารถละลายน้ำได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือเสริม ซึ่งช่วยให้สามารถประมวลผลแผงวงจรพิมพ์สองหน้าได้หลังจากติดตั้งส่วนประกอบสองหน้าแล้ว

ความเสถียรของการทำงานซ้ำๆ ประกอบกับการปล่อยฟลักซ์ปนเปื้อนเครื่องมือเชื่อมน้อยที่สุด ทำให้การบัดกรีด้วยเลเซอร์เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ นอกจากนี้ เวลาในการฉายแสงเลเซอร์และกำลังเอาต์พุตยังควบคุมได้ง่าย และให้ผลผลิตจากการบัดกรีด้วยเลเซอร์สูง

ส่วนประกอบออปติคัล เช่น กึ่งเลนส์ กระจก ปริซึม และกระจกสแกน สามารถใช้เพื่อแยกลำแสงเลเซอร์ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมหลายจุดได้พร้อมกันอย่างสมมาตร

การบัดกรีด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่ใช้เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 1.06 ไมโครเมตรเป็นแหล่งความร้อน ซึ่งสามารถส่งผ่านใยแก้วนำแสงได้ ทำให้สามารถแปรรูปชิ้นส่วนที่เชื่อมได้ยากด้วยวิธีดั้งเดิมได้ และเพิ่มความยืดหยุ่นมากขึ้น

ลำแสงเลเซอร์มีคุณสมบัติในการโฟกัสที่ดี และง่ายต่อการทำให้อุปกรณ์หลายสถานีเป็นระบบอัตโนมัติ

4. การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบหลอมลึก：

4.1 เทคโนโลยีโลหะวิทยาและทฤษฎีกระบวนการ：

กระบวนการทางโลหะวิทยาของการเชื่อมด้วยเลเซอร์หลอมลึกนั้นคล้ายคลึงกับการเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน ซึ่งอาศัยโครงสร้าง “รูเล็ก” เพื่อให้การแปลงพลังงานเสร็จสมบูรณ์

เมื่อความหนาแน่นของพลังงานสูงเพียงพอ วัสดุจะระเหยกลายเป็นรูเล็กๆ รูนี้เต็มไปด้วยไอน้ำ คล้ายกับวัตถุดำ ซึ่งดูดซับพลังงานจากแสงตกกระทบเกือบทั้งหมด อุณหภูมิสมดุลภายในโพรงรูอยู่ที่ประมาณ 25,000 องศา

ความร้อนถูกส่งผ่านจากผนังด้านนอกของโพรงอุณหภูมิสูง ทำให้โลหะโดยรอบหลอมละลาย โพรงนี้ถูกเติมเต็มด้วยไอน้ำอุณหภูมิสูงที่เกิดจากการระเหยของวัสดุผนังภายใต้ลำแสงอย่างต่อเนื่อง

ผนังทั้งสี่ด้านของรูถูกล้อมรอบด้วยโลหะหลอมเหลว ซึ่งล้อมรอบด้วยวัสดุแข็ง โลหะเหลวภายนอกรูจะไหลและรักษาสมดุลแบบไดนามิกกับแรงดันไอต่อเนื่องภายในโพรงรู

เมื่อลำแสงเคลื่อนที่ รูจะยังคงเสถียร ซึ่งหมายความว่ารูขนาดเล็กและโลหะหลอมเหลวรอบรูจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยความเร็วของลำแสงนำทาง โลหะหลอมเหลวจะเติมเต็มช่องว่างที่เกิดจากรูเคลื่อนที่และควบแน่นจนเกิดเป็นรอยเชื่อม

4.2 ปัจจัยที่มีอิทธิพล：

ปัจจัยที่มีผลต่อการเชื่อมด้วยฟิวชั่นลึกด้วยเลเซอร์ ได้แก่ กำลังเลเซอร์ เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงเลเซอร์ อัตราการดูดซับวัสดุ ความเร็วในการเชื่อม ก๊าซป้องกัน ความยาวโฟกัสของเลนส์ ตำแหน่งโฟกัส ตำแหน่งของลำแสงเลเซอร์ และการควบคุมการเพิ่มหรือลดการเริ่มต้นและหยุดกำลังเลเซอร์

4.3 ลักษณะเฉพาะของการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบหลอมลึก:

1) อัตราส่วนภาพสูง: เมื่อโลหะหลอมเหลวก่อตัวรอบห้องอบไอน้ำอุณหภูมิสูงรูปทรงกระบอกและขยายไปยังชิ้นงาน รอยเชื่อมจะลึกและแคบลง

2) ปริมาณความร้อนเข้าขั้นต่ำ: เนื่องจากอุณหภูมิของโพรงแหล่งกำเนิดสูง กระบวนการหลอมจึงรวดเร็ว ปริมาณความร้อนเข้าของชิ้นงานจึงน้อย และบริเวณที่เสียรูปจากความร้อนและได้รับผลกระทบจากความร้อนก็มีน้อย

3) ความหนาแน่นสูง: เนื่องจากรูเล็กๆ ที่เต็มไปด้วยไอน้ำอุณหภูมิสูงนั้นเอื้อต่อการกวนอ่างและการระบายแก๊ส จึงทำให้เกิดการเชื่อมแบบละลายผ่านที่ไม่มีรูพรุน

ความเร็วในการทำความเย็นหลังการเชื่อมจะรวดเร็ว และสามารถปรับแต่งโครงสร้างการเชื่อมได้ง่าย

4) เสริมความแข็งแรงให้กับรอยเชื่อม

5) การควบคุมที่แม่นยำ

6) กระบวนการเชื่อมแบบไม่ต้องสัมผัสบรรยากาศ

4.4 ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบหลอมลึก:

เมื่อเทียบกับวิธีการดั้งเดิม ความหนาแน่นของพลังงานของลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสจะสูงกว่า ทำให้ความเร็วในการเชื่อมเร็วขึ้น นอกจากนี้ ยังสามารถเชื่อมวัสดุทนไฟ เช่น ไททาเนียมและควอตซ์ ที่มีพื้นที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยกว่าและมีการเสียรูปน้อยกว่า

ลำแสงเลเซอร์ส่งและควบคุมได้ง่าย ช่วยลดความจำเป็นในการเปลี่ยนคบเพลิงและหัวฉีดบ่อยครั้ง ช่วยลดระยะเวลาหยุดทำงาน และปรับปรุงปัจจัยการโหลดและประสิทธิภาพการผลิต

การทำให้บริสุทธิ์และอัตราการทำความเย็นที่สูงช่วยปรับปรุงความแข็งแรงของการเชื่อมและประสิทธิภาพโดยรวม

การใช้ความร้อนต่ำและความแม่นยำในการตัดเฉือนที่สูงของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ช่วยลดต้นทุนการประมวลผลใหม่ ทำให้เป็นโซลูชันที่คุ้มต้นทุน

การเชื่อมเลเซอร์สามารถทำได้อัตโนมัติและควบคุมความเข้มของลำแสงและตำแหน่งที่แม่นยำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4.5 อุปกรณ์เชื่อมเลเซอร์แบบหลอมลึก：

โดยทั่วไปแล้ว การเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยเลเซอร์ให้ผลดี และคุณภาพการเชื่อมขึ้นอยู่กับปริมาณสิ่งเจือปนเป็นหลัก

เช่นเดียวกับกระบวนการเชื่อมอื่นๆ กำมะถันและฟอสฟอรัสเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อความไวของรอยแตกร้าวจากการเชื่อม

เพื่อให้ได้คุณภาพการเชื่อมที่น่าพอใจ จำเป็นต้องอุ่นล่วงหน้าเมื่อมีปริมาณคาร์บอนเกิน 0.25%

เมื่อทำการเชื่อมเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนต่างกัน ขอแนะนำให้เอียงคบเชื่อมเล็กน้อยไปทางด้านข้างของวัสดุคาร์บอนต่ำเพื่อให้แน่ใจถึงคุณภาพของข้อต่อ

เนื่องจากมีปริมาณกำมะถันและฟอสฟอรัสสูง เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำจึงไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์

เนื่องจากมีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ จึงทำให้เหล็กเชื่อมที่มีคาร์บอนต่ำมีประสิทธิภาพดีเยี่ยม

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางและสูง รวมถึงเหล็กกล้าโลหะผสมทั่วไปสามารถเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องอุ่นชิ้นงานก่อนเชื่อมและอบชุบหลังเชื่อมเพื่อขจัดความเค้นและป้องกันการเกิดรอยแตกร้าว

5. การเชื่อมเหล็กด้วยเลเซอร์：

5.1 การเชื่อมด้วยเลเซอร์ของเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าโลหะผสมธรรมดา:

โดยทั่วไปแล้ว เหล็กกล้าคาร์บอนมีประสิทธิภาพการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ดี แต่คุณภาพการเชื่อมจะได้รับผลกระทบจากปริมาณสิ่งเจือปน

คล้ายกับเทคนิคการเชื่อมอื่นๆ กำมะถันและฟอสฟอรัสเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากการเชื่อม

เมื่อปริมาณคาร์บอนเกิน 0.25% จะต้องดำเนินการอุ่นล่วงหน้าเพื่อให้ได้คุณภาพการเชื่อมที่เหมาะสม

เมื่อทำการเชื่อมเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนต่างกัน ให้เอียงคบเชื่อมไปทางด้านที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ เพื่อให้แน่ใจว่ารอยเชื่อมมีคุณภาพ

เนื่องจากมีปริมาณกำมะถันและฟอสฟอรัสสูง จึงไม่แนะนำให้ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์กับเหล็กกล้าเดือดคาร์บอนต่ำ

เหล็กกล้าคาร์บอนคาร์บอนต่ำให้ผลการเชื่อมที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากมีปริมาณสิ่งเจือปนต่ำ

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางและสูง รวมถึงเหล็กโลหะผสมธรรมดาสามารถเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่จำเป็นต้องมีการอุ่นล่วงหน้าและการบำบัดหลังการเชื่อมเพื่อขจัดความเครียดและป้องกันการเกิดรอยแตกร้าว

5.2 การเชื่อมสแตนเลสด้วยเลเซอร์：

โดยทั่วไปแล้ว การเชื่อมสแตนเลสด้วยเลเซอร์นั้นได้รอยเชื่อมคุณภาพสูงได้ง่ายกว่าการเชื่อมแบบดั้งเดิม เนื่องจากบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมีขนาดเล็กและความเร็วในการเชื่อมสูง ทำให้ปัญหาเรื่องความไวต่อความร้อนไม่เป็นปัญหาอีกต่อไป

เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิมจะมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า และเชื่อมโลหะหลอมลึกและเชื่อมโลหะแคบได้ง่ายกว่า

5.3 การเชื่อมด้วยเลเซอร์ระหว่างโลหะต่างชนิด：

การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีอัตราการทำความเย็นที่รวดเร็วและมีโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดเล็ก ซึ่งสร้างเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อความเข้ากันได้ของวัสดุเนื้อเยื่อต่างๆ หลังจากหลอมโลหะที่แตกต่างกันหลายชนิด