การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นสาขาหนึ่งของเทคโนโลยีงานโลหะที่ใช้เลเซอร์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท เช่น ยานยนต์ อุปกรณ์ความแม่นยำ อิเล็กทรอนิกส์ การบินและอวกาศ และการแพทย์ บทความนี้จะแนะนำพื้นฐานของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการแปรรูปโลหะแผ่น รวมถึงการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย

การเชื่อมเลเซอร์คืออะไร? (ลักษณะเฉพาะ)

ประการแรกคำว่า "laser" มาจากตัวอักษรตัวแรกของคำว่า "light การขยายเสียง โดย กระตุ้น การปล่อยมลพิษ ของ รังสี.ว๊าวววว

แม้ในตอนแรกอาจดูซับซ้อนเล็กน้อย แต่โดยทั่วไปแล้วจะเข้าใจว่าเป็นแสงประดิษฐ์ ว๊าวววว เมื่อเปรียบเทียบกับแสงธรรมดาอย่างแสงอาทิตย์และแสงสว่างที่เราเห็นกันทุกวัน แสงเลเซอร์ในฐานะแสงประดิษฐ์ มีลักษณะความยาวคลื่น เฟส และทิศทางคงที่ ด้วยการปรับและใช้ประโยชน์จากปัจจัยสำคัญสามประการนี้ ซึ่งเรียกรวมกันว่า ว๊าวววว ความสอดคล้องกัน เลเซอร์ ว๊าวววว จึงสามารถนำไปใช้ในกระบวนการต่างๆ ได้

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ เป็นวิธีการประมวลผลที่รวมแสงเลเซอร์เข้ากับวัตถุ ทำให้เกิดการหลอมเหลวและทำให้โลหะแข็งตัวเฉพาะจุดเพื่อสร้างรอยต่อ การนำการเชื่อมด้วยเลเซอร์มาใช้ในกระบวนการแปรรูปแผ่นโลหะมีข้อได้เปรียบเหนือการเชื่อมด้วยอาร์กแบบเดิม เช่น การควบคุมการเสียรูปเนื่องจากความร้อนที่ง่ายกว่า การควบคุมสภาพการเชื่อมที่ง่ายกว่า และรอยเชื่อมที่สังเกตเห็นได้น้อยกว่า

หลักการเชื่อมเลเซอร์มีอะไรบ้าง?

ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์เลเซอร์ออสซิลเลเตอร์จะสร้างแสงเลเซอร์ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งความร้อน จากนั้นแสงนี้จะถูกขยายและส่งผ่านโดยใช้เส้นใยแก้วนำแสง โดยเริ่มต้นส่งแสงไปยังบริเวณใกล้เคียงของชิ้นงาน ขั้นตอนนี้ต้องใช้หัวเลเซอร์สำหรับการประมวลผล มีการติดตั้งเลนส์ภายในหัวเลเซอร์เพื่อโฟกัสแสงเลเซอร์ที่ส่งผ่านไปยังสถานะที่เหมาะสมสำหรับการประมวลผล โดยการโฟกัสแสงด้วยเลนส์ พลังงานแสงจะรวมตัวบนพื้นที่ขนาดเล็กลง ทำให้ได้พลังงานที่สูงขึ้นสำหรับการหลอมโลหะ เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะหลอมเหลว โดยทั่วไปจะเป่าแก๊สป้องกัน เช่น อาร์กอนหรือไนโตรเจนในระหว่างการเชื่อม

การเชื่อมเลเซอร์มีกี่ประเภท?

มาดูประเภทของการเชื่อมเลเซอร์ที่เหมาะกับการเชื่อมด้วยมือในกระบวนการแปรรูปโลหะแผ่นกัน เครื่องเชื่อมเลเซอร์แบบพกพาที่ใช้เลเซอร์ แย็ก ได้รับความนิยมในญี่ปุ่นเป็นครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1990 นับแต่นั้นมา อุตสาหกรรมโลหะแผ่นของญี่ปุ่นก็ถือว่าเครื่องเชื่อมเลเซอร์ ว๊าวววว เทียบเท่ากับเลเซอร์ แย็ก มานานแล้ว ว๊าวววว อย่างไรก็ตาม ด้วยการเปิดตัวเครื่องเชื่อมเลเซอร์ไฟเบอร์ในช่วงกลางทศวรรษ 2010 เลเซอร์ไฟเบอร์ได้กลายเป็นกระแสหลักของเครื่องเชื่อมเลเซอร์แบบพกพา นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์เชื่อมแบบพกพาที่ใช้เลเซอร์ดิสก์จำหน่ายอีกด้วย

การเชื่อมด้วยมือโดยใช้เครื่องเชื่อมเลเซอร์ไฟเบอร์:

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ แย็ก:

แย็ก เป็นผลึกที่เรียกว่าอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต เลเซอร์ แย็ก สร้างแสงเลเซอร์โดยการฉายแสงเข้มข้นลงบนผลึก แย็ก เลเซอร์ แย็ก มีความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร ซึ่งโลหะสามารถดูดซับได้ง่าย จึงสามารถหลอมโลหะด้วยพลังงานที่ค่อนข้างต่ำ จึงเหมาะสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ในทางกลับกัน การสร้างเลเซอร์จำเป็นต้องใช้หลอดแฟลชเพื่อแฟลช และความร้อนสูงจำเป็นต้องใช้เครื่องทำความเย็นเพื่อระบายความร้อนให้กับออสซิลเลเตอร์และหัวเผา ส่งผลให้ใช้พลังงานสูง ทำให้มีพลังงานสำหรับการประมวลผลน้อยกว่าไฟฟ้าที่ใช้ ส่งผลให้การเชื่อมไม่สมบูรณ์เป็นครั้งคราว นอกจากนี้ ค่าบำรุงรักษาวัสดุสิ้นเปลือง เช่น น้ำหล่อเย็นและหลอดก็มีราคาสูง ซึ่งเป็นข้อเสียที่สำคัญ

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์:

เลเซอร์ไฟเบอร์ใช้เส้นใยแก้วนำแสงเพื่อขยายและส่งผ่านแสงกระตุ้นที่เกิดขึ้น เลเซอร์มีความยาวคลื่น 1,070 นาโนเมตร ซึ่งโลหะสามารถดูดซับได้ง่าย ในบรรดาเลเซอร์ เลเซอร์ชนิดนี้มีความหนาแน่นพลังงานสูงที่สุด ทำให้โฟกัสลำแสงได้ง่าย และความสามารถในการเจาะลึกเข้าไปในโลหะถือเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญ เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ แย็ก เลเซอร์ชนิดนี้มีข้อได้เปรียบหลายประการ ได้แก่ การเจาะลึก ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ และแทบไม่ต้องปรับแต่งหรือบำรุงรักษา รวมถึงต้นทุนใดๆ ซึ่งทำให้เลเซอร์ชนิดนี้ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แม้ว่าเลเซอร์ไฟเบอร์จะมีกำลังและประสิทธิภาพสูง แต่กำลังที่มากเกินไปอาจเป็นความเสี่ยงสำหรับผู้ปฏิบัติงานในการเชื่อมโลหะแผ่นด้วยมือ ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ไฟเบอร์จึงจำกัดอยู่ที่ประมาณ 1 กิโลวัตต์ สำหรับผู้ที่ต้องการกำลังสูงและความลึกในการเจาะที่มากขึ้น การเชื่อมด้วยเครื่องจักรหรือหุ่นยนต์ก็เป็นทางเลือกหนึ่ง

การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบดิสก์:

เลเซอร์แบบดิสก์ใช้ผลึก แย็ก รูปทรงดิสก์เพื่อขยายแสงกระตุ้นที่เกิดขึ้น จากนั้นจึงส่งผ่านใยแก้วนำแสง บริษัท ควิกเคน ของเยอรมนีประสบความสำเร็จในการสร้างพลังงานสูงและเสถียรภาพ นำไปสู่การนำเลเซอร์ชนิดนี้ไปใช้ในอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลาย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ศักยภาพของเลเซอร์ได้รับการประเมินใหม่ และมีการพัฒนาแอปพลิเคชันใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง แม้ว่าในญี่ปุ่นจะไม่มีระบบแบบสแตนด์อโลนที่สามารถเชื่อมด้วยมือโดยใช้เลเซอร์แบบดิสก์ได้ แต่ผู้ใช้เครื่องตัดเลเซอร์ ควิกเคน สามารถเลือกซื้อหัวเชื่อมแบบแมนนวลได้

ข้อดีและข้อเสียของการเชื่อมด้วยเลเซอร์:

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ซึ่งใช้ในการแปรรูปแผ่นโลหะ มีข้อดีดังต่อไปนี้เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อม ทีไอจี ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

ข้อดี:

ลดการเสียรูปเนื่องจากความร้อน แม้จะใช้แผ่นบางก็ตาม

เนื่องจากการเชื่อมทิกทำให้เกิดการเจาะทะลุที่ตื้นและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมีขนาดใหญ่ จึงทำให้โลหะได้รับความร้อนสูง ส่งผลให้เกิดการเสียรูปจากความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ การจัดการการเสียรูปจากความร้อนนี้ขึ้นอยู่กับทักษะของช่างฝีมือเป็นอย่างมาก ซึ่งเป็นส่วนที่ท้าทายที่สุดของการเชื่อมทิก ในทางกลับกัน การเชื่อมด้วยเลเซอร์ใช้เลเซอร์ที่มีจุดรวมแสง กระจายพลังงานสูงไปยังจุดโฟกัสขนาดเล็กเพื่อหลอมโลหะ ส่งผลให้การเจาะทะลุของรอยเชื่อมแคบลงและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมีขนาดเล็กลง ทำให้มีโอกาสเกิดการเสียรูปจากความร้อนน้อยลง นอกจากนี้ วงจร "pulsing" ของเลเซอร์ที่หมุนวนไปมาบ่อยครั้ง ทำให้เกิดกระบวนการหลอมละลายและแข็งตัวซ้ำๆ หลายสิบครั้งต่อวินาที ซึ่งช่วยลดการเสียรูปลงได้อีก

ความแข็งแรงของการเชื่อมที่เพียงพอ:

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ทำให้เกิดรอยเชื่อมที่บางกว่า ซึ่งบางครั้งอาจทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับความแข็งแรงที่ไม่เพียงพอ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์มีความลึกมาก รอยเชื่อมจึงมีความแข็งแรงภายในที่เพียงพอเมื่อเทียบกับลักษณะภายนอก การเชื่อมด้วยเลเซอร์เกี่ยวข้องกับการหลอมเหลวและการแข็งตัวของโลหะผสมเพียงเล็กน้อย ส่งผลให้มีการแตกหักน้อยลง การทดสอบความแข็งแรงที่ดำเนินการในโรงงานทดสอบทางอุตสาหกรรมยืนยันว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์มีความแข็งแรงมากกว่าการเชื่อมทิก

ลดเวลาในการประมวลผล:

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ทำให้เกิดความร้อนต่ำและมีโอกาสน้อยที่จะทำให้เกิดการเสียรูป จึงช่วยลดเวลาที่ใช้ในการกำจัดการเสียรูปนี้ได้อย่างมาก นอกจากนี้ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ยังสามารถเชื่อมโลหะพื้นฐานได้ จึงไม่จำเป็นต้องเจียรส่วนที่ยื่นออกมาของรอยเชื่อม นอกจากนี้ ตราบใดที่เป็นไปตามเงื่อนไขในการประมวลผล รอยเชื่อมจะแทบไม่เกิดรอยไหม้ ซึ่งอาจช่วยลดความจำเป็นในการเจียรด้วยไฟฟ้า วิธีนี้ช่วยลดระยะเวลาในการประมวลผล ซึ่งเดิมเป็นงานที่ยาก นำไปสู่ประสิทธิภาพการผลิตที่ดีขึ้นและต้นทุนการผลิตที่ลดลง

ง่ายต่อการจัดการและใช้งานสภาวะการเชื่อม:

เครื่องเชื่อมเลเซอร์บางเครื่องอนุญาตให้ลงทะเบียนและเรียกคืนเงื่อนไขการเชื่อมได้ ทำให้ง่ายต่อการจัดการและทำซ้ำ ในกรณีนี้ เพียงแค่ให้ผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์ระบุเงื่อนไข ก็ทำให้ช่างเชื่อมที่ไม่มีทักษะสามารถทำซ้ำได้อย่างง่ายดาย วิธีนี้ช่วยให้ช่างเชื่อมที่ไม่มีทักษะสามารถเชื่อมแผ่นบางได้ ช่วยให้ช่างเชื่อมที่มีประสบการณ์สามารถมุ่งเน้นไปที่งานที่มีมูลค่าเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมโดยรวม

ข้อเสีย:

การจัดการช่องว่างที่ไม่ดี:

การเชื่อมด้วยเลเซอร์โฟกัสพลังงานเลเซอร์ไปยังจุดเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.1 ถึง 0.6 มม. เพื่อหลอมโลหะ คุณสมบัตินี้ทำให้เชื่อมได้ยากหากมีช่องว่าง สำหรับแบบจำลองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางจุด 0.1 มม. ช่องว่างขนาดเล็กเพียง 0.1 มม. จะทำให้เลเซอร์ผ่านเข้าไปได้ ทำให้ไม่สามารถเชื่อมได้ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีมาตรการต่างๆ เช่น การปรับปรุงความแม่นยำของกระบวนการดัดและการติดตั้งจิ๊ก

จุดอ่อนในการเชื่อมแบบซ้อนทับ:

การเชื่อมด้วยเลเซอร์นั้นมีประสิทธิภาพในการเชื่อมโลหะพื้นฐาน แต่ไม่สามารถเชื่อมแบบซ้อนทับได้ พลังงานเลเซอร์ไม่เพียงแต่อาจไปไม่ถึงโลหะพื้นฐานที่อิเล็กโทรดหลอมละลายได้อย่างเต็มที่เท่านั้น แต่ยังอาจเป็นเรื่องยากที่จะจัดแนวจุดเชื่อม อิเล็กโทรด และจุดโฟกัสให้ตรงตำแหน่ง ซึ่งอาจทำให้ความแข็งแรงไม่เพียงพอ หากมีการระบุการเชื่อมแบบซ้อนทับไว้ในแบบร่าง ควรพิจารณาว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์เหมาะสมหรือไม่ ในทางกลับกัน หากต้องการการเชื่อมด้วยเลเซอร์เพื่อความแข็งแรงและความสวยงาม ควรหลีกเลี่ยงการระบุคำแนะนำสำหรับการเชื่อมแบบซ้อนทับ

มาตรการความปลอดภัยที่จำเป็น:

การใช้เลเซอร์อย่างผิดวิธีอาจนำไปสู่อุบัติเหตุร้ายแรงได้ ดังนั้น ผลิตภัณฑ์เลเซอร์ทั้งหมดจึงมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยตามที่กำหนดไว้ในมาตรฐานความปลอดภัยผลิตภัณฑ์เลเซอร์ เจไอเอส ว๊าวววว อุปกรณ์เชื่อมแบบใช้มือทั้งหมดที่ใช้เลเซอร์จัดอยู่ในประเภท ว๊าวววว ระดับ 4 ซึ่งเป็นระดับความเสี่ยงสูงสุด และผู้ผลิตได้นำมาตรการด้านความปลอดภัยต่างๆ มาใช้ โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าการใช้งานถูกต้องตามข้อกำหนดและคำแนะนำการใช้งาน เช่น การกำหนดพื้นที่ควบคุมเลเซอร์ การใช้หน้ากากเชื่อม/แว่นตาเชื่อมที่ออกแบบมาสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์โดยเฉพาะ การใช้ไฟฉายเชื่อมแบบพกพาพร้อมอุปกรณ์นิรภัย และการจัดการกุญแจของอุปกรณ์อย่างถูกต้อง

เคล็ดลับสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์:

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ให้ทั้งความแข็งแรงและความสวยงามของรอยเชื่อม เป็นวิธีการเชื่อมที่มีข้อดีมากมาย เช่น การบิดตัวต่ำสำหรับแผ่นบาง และการจัดการสภาพที่ง่าย อย่างไรก็ตาม ก็มีข้อเสียเช่นกัน เช่น การจัดการรอยเชื่อมที่ไม่ดี และประสิทธิภาพการหุ้มที่ไม่ดี เคล็ดลับสำหรับการใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพ ได้แก่:

• ปรับปรุงความแม่นยำของกระบวนการดัด ตั้งค่าจิ๊ก และเชื่อมหลังจากบรรลุสถานะไร้รอยต่อ

• การเตรียมการสำหรับเงื่อนไขการประมวลผลและการลงทะเบียนวิธีการกับผู้มีประสบการณ์ทำให้แม้แต่คนงานที่ไม่มีทักษะก็สามารถจำลองกระบวนการได้ง่ายขึ้น

• การดูแลรักษาแบบร่างตามวิธีการประมวลผลแบบเดิม เช่น การเชื่อม ทีไอจี และการเปลี่ยนมาใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ อาจเป็นเรื่องท้าทาย บางครั้งการพิจารณาเปลี่ยนแปลงการออกแบบก็เป็นสิ่งจำเป็น

• เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความสวยงามสูงสุดของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ขอแนะนำให้ออกแบบโดยคำนึงถึงการเชื่อมด้วยเลเซอร์ตั้งแต่แรกเริ่ม

ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คือความสามารถในการเชื่อมแผ่นโลหะบางที่มีความบิดเบี้ยวต่ำ ยิ่งไปกว่านั้น แม้แต่คนงานที่ไม่มีทักษะก็สามารถทำได้ ซึ่งจะช่วยพัฒนากระบวนการเชื่อมที่ก่อนหน้านี้ต้องอาศัยทักษะของช่างฝีมือได้อย่างมีนัยสำคัญ การทำความเข้าใจข้อเสียและการแก้ไขอย่างเหมาะสมจะเผยให้เห็นข้อดีของมัน จงใช้ประโยชน์จากข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ให้มากที่สุด