การเชื่อมด้วยเลเซอร์

การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีล้ำสมัยที่กำลังเปลี่ยนแปลงวิธีการเชื่อมต่อวัสดุในอุตสาหกรรมต่างๆ.

ความแม่นยำที่ไม่มีใครเทียบได้, ประสิทธิภาพ, และความอเนกประสงค์กลายเป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานที่ต้องการข้อต่อคุณภาพสูงและทนทาน.

คู่มือนี้จะสำรวจทุกสิ่งที่คุณต้องการเกี่ยวกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์, ประเภทของมัน, และวิธีการทำงาน.

การเชื่อมด้วยเลเซอร์คืออะไร?

การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่มีความแม่นยำสูงซึ่งใช้ลำแสงเลเซอร์แบบโฟกัสเป็นแหล่งความร้อนในการหลอมและหลอมวัสดุที่ข้อต่อ.

เทคนิคนี้เหมาะสำหรับโลหะ, โลหะผสม, และพลาสติกบางชนิด, ส่งมอบความสะอาด, เชื่อมได้แข็งแรงและมีโซนรับความร้อนน้อยที่สุด (ฮาซ).

เทคโนโลยีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศ, ยานยนต์, อิเล็กทรอนิกส์, และการผลิตอุปกรณ์การแพทย์, โดยที่ความแม่นยำและความแข็งแกร่งเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง.

การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถเชื่อมวัสดุที่บางหรือหนาและแม้แต่โลหะที่แตกต่างกันได้, ทำให้ใช้งานได้หลากหลายอย่างเหลือเชื่อ.

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ทำงานอย่างไร?

หลักการพื้นฐาน

1. การสร้างลำแสงเลเซอร์:

• • แหล่งกำเนิดเลเซอร์: กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยแหล่งกำเนิดเลเซอร์, ซึ่งสร้างลำแสงที่มีความเข้มสูง.
    แหล่งเลเซอร์ทั่วไป ได้แก่ เลเซอร์ CO₂, Nd: แย็ก (อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมนเจือด้วยนีโอไดเมียม) เลเซอร์, และไฟเบอร์เลเซอร์.
  • ลำแสงโฟกัส: ลำแสงเลเซอร์ถูกชี้ทิศทางและโฟกัสโดยใช้กระจกและเลนส์.
    เลนส์โฟกัสจะรวมลำแสงไปยังจุดที่เล็กมาก, โดยทั่วไปมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่กี่ไมโครเมตรถึงมิลลิเมตร, สร้างความหนาแน่นของพลังงานสูง.

2. การทำความร้อนของวัสดุ:

• • การดูดซึม: เมื่อลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสไปกระทบกับวัสดุ, พลังงานถูกดูดซับ, ทำให้วัสดุเกิดความร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว.
  • ละลาย: ความร้อนจัดทำให้วัสดุละลาย ณ จุดที่สัมผัสกัน.
    ความลึกและความกว้างของพื้นที่หลอมเหลวขึ้นอยู่กับกำลังของเลเซอร์และระยะเวลาของการเปิดรับแสง.

3. การก่อตัวของการเชื่อม:

• • การรวมกลุ่ม: ขณะที่วัสดุละลาย, มันกลายเป็นสระน้ำหลอมเหลว. การเคลื่อนที่ของลำแสงเลเซอร์ตามแนวรอยต่อทำให้วัสดุที่หลอมละลายไหลและผสมกัน.
  • การแข็งตัว: เมื่อลำแสงเลเซอร์เคลื่อนตัวออกไป, สระน้ำที่หลอมละลายจะเย็นลงและแข็งตัว, สร้างความแข็งแกร่ง, เชื่อมเหนียว.

ส่วนประกอบสำคัญ

1. แหล่งกำเนิดเลเซอร์:

• • เลเซอร์ CO₂: เหล่านี้เป็นเลเซอร์แก๊สที่ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวกลางในการเลเซอร์. เหมาะสำหรับการเชื่อมวัสดุที่มีความหนาและสามารถผลิตคานกำลังสูงได้.
• • Nd: YAG เลเซอร์: เหล่านี้เป็นเลเซอร์โซลิดสเตตที่ใช้คริสตัลเจือด้วยนีโอไดเมียม. มีความหลากหลายและสามารถใช้ได้กับทั้งวัสดุหนาและบาง.
  • ไฟเบอร์เลเซอร์: เหล่านี้เป็นประเภทที่ทันสมัยที่สุด, โดยใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงเจือเป็นตัวกลางในการรับสัญญาณ.
    พวกเขามีประสิทธิภาพสูง, กะทัดรัด, และสามารถให้พลังงานที่มีความหนาแน่นสูงมากได้.

2. ระบบออปติคัล:

• • กระจกและเลนส์: ส่วนประกอบเหล่านี้จะกำหนดทิศทางและโฟกัสลำแสงเลเซอร์ไปที่ชิ้นงาน. เลนส์คุณภาพสูงช่วยให้ควบคุมตำแหน่งและขนาดของลำแสงได้อย่างแม่นยำ.
  • ระบบส่งลำแสง: ในการตั้งค่าบางอย่าง, ลำแสงเลเซอร์จะถูกส่งผ่านสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกไปยังส่วนหัวระยะไกล, ช่วยให้สามารถวางตำแหน่งได้อย่างยืดหยุ่นและแม่นยำ.

3. การจัดการชิ้นงาน:

• • การติดตั้ง: ชิ้นงานจะต้องถูกยึดไว้อย่างแน่นหนาเพื่อให้แน่ใจว่าได้แนวที่ถูกต้องและคุณภาพการเชื่อมที่สม่ำเสมอ.
  • การควบคุมการเคลื่อนไหว: ซีเอ็นซี (การควบคุมเชิงตัวเลขคอมพิวเตอร์) ระบบมักจะใช้ในการเคลื่อนย้ายชิ้นงานหรือหัวเลเซอร์ไปตามเส้นทางที่ต้องการ.

ประเภทของการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการเชื่อมวัสดุที่หลากหลายและแม่นยำ, และเทคนิคการเชื่อมด้วยเลเซอร์หลายประเภทรองรับการใช้งานและวัสดุที่แตกต่างกัน. แต่ละประเภทมีข้อดีและความท้าทายเฉพาะตัว. ต่อไปนี้เป็นภาพรวมที่ครอบคลุม:

1. คลื่นต่อเนื่อง (ซีดับบลิว) การเชื่อมด้วยเลเซอร์

กระบวนการ: ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง, ลำแสงเลเซอร์จะถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการเชื่อม. การป้อนความร้อนคงที่นี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานได้นานขึ้น, การเชื่อมอย่างต่อเนื่อง.

การใช้งาน: การเชื่อมด้วยเลเซอร์ CW ​​ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์และการบินและอวกาศสำหรับการเชื่อมวัสดุที่มีความหนาและบรรลุการเจาะลึก.

ข้อดี:

• การเจาะสูง: เลเซอร์ CW ​​สามารถเชื่อมได้ลึกและแคบ, ทำให้เหมาะสำหรับวัสดุที่มีความหนา.
• อินพุตความร้อนคงที่: ลำแสงต่อเนื่องช่วยให้มั่นใจในสภาวะการเชื่อมที่สม่ำเสมอ, นำไปสู่การเชื่อมที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้.

ข้อเสีย:

• โซนรับความร้อนที่ใหญ่ขึ้น (ฮาซ): การป้อนความร้อนอย่างต่อเนื่องอาจส่งผลให้ HAZ มีขนาดใหญ่ขึ้น, อาจส่งผลต่อคุณสมบัติของวัสดุ.
• การใช้พลังงานที่สูงขึ้น: โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ CW ​​จะใช้พลังงานมากกว่าเมื่อเทียบกับเลเซอร์แบบพัลซิ่ง.

ข้อมูล:

• ช่วงพลังงาน: โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 1 กิโลวัตต์ถึง 10 กิโลวัตต์.
• ความลึกของการเจาะ: สามารถเจาะลึกได้ถึง 20 มม. ในเหล็ก.
• ความเร็วการเชื่อม: ขึ้นไป 10 เมตรต่อนาที, ขึ้นอยู่กับความหนาและกำลังของวัสดุ.

2. การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลซ์

กระบวนการ: การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลซิ่งเกี่ยวข้องกับการปล่อยลำแสงเลเซอร์ในระยะสั้น, พัลส์พลังงานสูง. แต่ละชีพจรจะส่งพลังงานออกมา, ช่วยให้สามารถควบคุมความร้อนเข้าและลด HAZ ได้อย่างแม่นยำ.

การใช้งาน: การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลซ์เหมาะสำหรับวัสดุบาง, ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน, และการใช้งานที่ต้องการความร้อนน้อยที่สุด, เช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ทางการแพทย์.

ข้อดี:

• การควบคุมที่แม่นยำ: ลักษณะเป็นจังหวะช่วยให้สามารถควบคุมขนาดและรูปร่างของการเชื่อมได้อย่างละเอียด.
• HAZ น้อยที่สุด: ลดความเสี่ยงของการบิดเบี้ยวและการบิดงอของวัสดุ, ทำให้เหมาะกับวัสดุที่บางและบอบบาง.

ข้อเสีย:

• การเจาะตื้น: จำกัดเฉพาะวัสดุที่บางกว่าและรอยเชื่อมตื้น.
• กระบวนการช้าลง: อาจช้ากว่าการเชื่อมด้วยคลื่นต่อเนื่องสำหรับการเชื่อมที่ยาวขึ้น.

ข้อมูล:

• ระยะเวลาชีพจร: โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ไมโครวินาทีถึงมิลลิวินาที.
• ช่วงพลังงาน: จากไม่กี่วัตต์ไปจนถึงหลายกิโลวัตต์.
• ความลึกของการเจาะ: ขึ้นไป 1 มม. ในเหล็ก.
• ความเร็วการเชื่อม: ขึ้นไป 2 เมตรต่อนาที, ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุและความถี่พัลส์.

3. การเชื่อมเลเซอร์แบบไฮบริด

กระบวนการ: การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบไฮบริดจะรวมลำแสงเลเซอร์เข้ากับแหล่งความร้อนอื่น, โดยทั่วไปแล้วจะเป็นกระบวนการเชื่อมอาร์ก (เช่น MIG หรือ TIG).

ลำแสงเลเซอร์เป็นแหล่งความร้อนหลัก, ในขณะที่ส่วนโค้งทำให้สระเชื่อมมั่นคงและเพิ่มวัสดุตัวเติมหากจำเป็น.

การใช้งาน: การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบไฮบริดใช้สำหรับการเชื่อมวัสดุที่มีความหนาและสำหรับการใช้งานที่ต้องการอัตราการสะสมสูง, เช่นในการต่อเรือและเครื่องจักรกลหนัก.

ข้อดี:

• การเจาะลึก: ผสมผสานการเจาะลึกของเลเซอร์เข้ากับความยืดหยุ่นในการเชื่อมอาร์ก.
• อัตราการสะสมสูง: ความเร็วในการเชื่อมเร็วขึ้นและอัตราการสะสมของวัสดุที่สูงขึ้น, ทำให้เหมาะสมกับงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่.

ข้อเสีย:

• การตั้งค่าที่ซับซ้อน: ต้องใช้อุปกรณ์และการตั้งค่าที่ซับซ้อนมากขึ้น, เพิ่มการลงทุนเริ่มแรก.
• ต้นทุนที่สูงขึ้น: มีราคาแพงกว่าเนื่องจากความต้องการแหล่งความร้อนหลายแหล่งและอุปกรณ์พิเศษ.

ข้อมูล:

• ช่วงพลังงาน: โดยทั่วไปกำลังของเลเซอร์จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1 กิโลวัตต์ถึง 10 กิโลวัตต์, ด้วยพลังอาร์คตั้งแต่ 100 เอ ถึง 500 ก.
• ความลึกของการเจาะ: สามารถเจาะลึกได้ถึง 25 มม. ในเหล็ก.
• ความเร็วการเชื่อม: ขึ้นไป 15 เมตรต่อนาที, ขึ้นอยู่กับความหนาและกำลังของวัสดุ.

4. การเชื่อมด้วยเลเซอร์ระยะไกล

กระบวนการ: การเชื่อมด้วยเลเซอร์ระยะไกลใช้ระบบสแกนความเร็วสูงเพื่อกำหนดทิศทางลำแสงเลเซอร์ไปยังพื้นที่ขนาดใหญ่.

ลำแสงถูกหักเหโดยใช้กระจกหรือเครื่องสแกนกัลวาโนเมตริก, ช่วยให้สามารถเชื่อมหลายจุดหรือเส้นทางได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ.

การใช้งาน: การเชื่อมด้วยเลเซอร์ระยะไกลใช้ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีปริมาณมาก, เช่นในอุตสาหกรรมยานยนต์สำหรับการประกอบตัวถังสีขาวและในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการบัดกรี.

ข้อดี:

• ความเร็วสูง: ความเร็วในการเชื่อมที่รวดเร็วมาก, เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก.
• ความยืดหยุ่น: สามารถเชื่อมหลายจุดหรือเส้นทางได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ, ทำให้เหมาะสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน.

ข้อเสีย:

• การรุกที่จำกัด: โดยทั่วไปไม่เหมาะกับการเชื่อมแบบเจาะลึก.
• ข้อกำหนดที่แม่นยำ: ต้องมีการควบคุมและการจัดตำแหน่งที่แม่นยำของระบบสแกน, ซึ่งอาจเป็นสิ่งที่ท้าทาย.

ข้อมูล:

• ความเร็วในการสแกน: ขึ้นไป 100 เมตรต่อวินาที.
• ความเร็วการเชื่อม: ขึ้นไป 50 เมตรต่อนาที, ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของเส้นทางเชื่อม.
• ช่วงพลังงาน: โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 1 กิโลวัตต์ถึง 5 กิโลวัตต์.

5. การเชื่อมโหมดการนำ

กระบวนการ: การเชื่อมแบบการนำไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่พื้นผิวของวัสดุที่จะเชื่อม, ทำให้พวกเขาละลายและหลอมรวมกัน.

ความร้อนจะถูกพาเข้าสู่วัสดุ, ส่งผลให้มีความกว้างมากขึ้น, สระเชื่อมตื้นกว่า.

การใช้งาน: การเชื่อมแบบการนำไฟฟ้าใช้สำหรับวัสดุบางและการใช้งานที่มีความกว้าง, การเชื่อมตื้นเป็นที่ยอมรับได้, เช่นในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องประดับ.

ข้อดี:

• การหลอมพื้นผิว: เหมาะสำหรับวัสดุบางและส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน, ลดความเสี่ยงของความเสียหายให้เหลือน้อยที่สุด.
• การบิดเบือนน้อยที่สุด: ลดความเสี่ยงของการบิดเบี้ยวและการบิดเบี้ยวของวัสดุ, ทำให้มั่นใจได้ถึงการเชื่อมคุณภาพสูง.

ข้อเสีย:

• การเจาะตื้น: จำกัดเฉพาะรอยเชื่อมตื้นและวัสดุบาง.
• ความแรงที่ต่ำกว่า: รอยเชื่อมที่เกิดขึ้นอาจมีความแข็งแรงต่ำกว่าเมื่อเทียบกับรอยเชื่อมที่เจาะลึกกว่า.

ข้อมูล:

• ช่วงพลังงาน: โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 100 เข้ามานี้ 1 กิโลวัตต์.
• ความลึกของการเจาะ: ขึ้นไป 0.5 มม. ในเหล็ก.
• ความเร็วการเชื่อม: ขึ้นไป 2 เมตรต่อนาที, ขึ้นอยู่กับความหนาและกำลังของวัสดุ.

6. การเชื่อมโหมดรูกุญแจ

กระบวนการ: การเชื่อมแบบรูกุญแจเกี่ยวข้องกับการโฟกัสลำแสงเลเซอร์เพื่อสร้างลำแสงขนาดเล็ก, หลุมลึก (รูกุญแจ) ในวัสดุ.

รูกุญแจทำหน้าที่เป็นช่องทางให้พลังงานเลเซอร์เจาะลึก, ส่งผลให้แคบลง, เชื่อมลึก.

การใช้งาน: การเชื่อมแบบรูกุญแจใช้สำหรับวัสดุที่มีความหนาและการใช้งานที่ต้องการการเจาะลึก, เช่นในอุตสาหกรรมยานยนต์และอวกาศ.

ข้อดี:

• การเจาะลึก: สามารถเชื่อมได้ลึกและแคบ, ทำให้เหมาะสำหรับวัสดุที่มีความหนา.
• มีความแข็งแรงสูง: ให้ผลผลิตแข็งแรง, รอยเชื่อมคุณภาพสูงที่มีการบิดเบือนน้อยที่สุด.

ข้อเสีย:

• การตั้งค่าที่ซับซ้อน: ต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์เลเซอร์อย่างแม่นยำเพื่อรักษารูกุญแจ.
• ข้อจำกัดด้านวัสดุ: สิ่งนี้อาจไม่เหมาะกับวัสดุทุกประเภท, โดยเฉพาะพวกที่มีการสะท้อนแสงสูง.

ข้อมูล:

• ช่วงพลังงาน: โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 1 กิโลวัตต์ถึง 10 กิโลวัตต์.
• ความลึกของการเจาะ: สามารถเจาะลึกได้ถึง 20 มม. ในเหล็ก.
• ความเร็วการเชื่อม: ขึ้นไป 10 เมตรต่อนาที, ขึ้นอยู่กับความหนาและกำลังของวัสดุ.

ตารางสรุปประเภทการเชื่อมด้วยเลเซอร์

ประเภทของการเชื่อมด้วยเลเซอร์	คำอธิบายกระบวนการ	การใช้งาน	ข้อดี	ข้อเสีย	ช่วงพลังงาน	ความลึกของการเจาะ	ความเร็วการเชื่อม
คลื่นต่อเนื่อง (ซีดับบลิว)	การปล่อยลำแสงเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง	วัสดุหนา, การเจาะลึก	การเจาะสูง, อินพุตความร้อนคงที่	HAZ ขนาดใหญ่ขึ้น, การใช้พลังงานที่สูงขึ้น	1 กิโลวัตต์ถึง 10 กิโลวัตต์	ขึ้นไป 20 มม	ขึ้นไป 10 เมตร/นาที
ชีพจร	สั้น, พัลส์เลเซอร์พลังงานสูง	วัสดุบาง, ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน	การควบคุมที่แม่นยำ, HAZ น้อยที่สุด	การเจาะตื้น, กระบวนการช้าลง	ไม่กี่วัตต์ถึงหลายกิโลวัตต์	ขึ้นไป 1 มม	ขึ้นไป 2 เมตร/นาที
ไฮบริด	การผสมผสานระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์และอาร์ค	วัสดุหนา, อัตราการสะสมสูง	การเจาะลึก, อัตราการสะสมสูง	การตั้งค่าที่ซับซ้อน, ต้นทุนที่สูงขึ้น	1 กิโลวัตต์ถึง 10 กิโลวัตต์ (เลเซอร์), 100 เอ ถึง 500 ก (ส่วนโค้ง)	ขึ้นไป 25 มม	ขึ้นไป 15 เมตร/นาที
ระยะไกล	ระบบสแกนความเร็วสูง	การผลิตในปริมาณมาก, หลายจุด	ความเร็วสูง, ความยืดหยุ่น	การเจาะที่จำกัด, ข้อกำหนดด้านความแม่นยำ	1 กิโลวัตต์ถึง 5 กิโลวัตต์	ตัวแปร	ขึ้นไป 50 เมตร/นาที
โหมดการนำ	การให้ความร้อนและการหลอมละลายที่พื้นผิว	วัสดุบาง, ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน	การหลอมละลายของพื้นผิว, การบิดเบือนน้อยที่สุด	การเจาะตื้น, ความแข็งแรงลดลง	100 เข้ามานี้ 1 กิโลวัตต์	ขึ้นไป 0.5 มม	ขึ้นไป 2 เมตร/นาที
โหมดรูกุญแจ	ทำให้เกิดรูกุญแจลึก	วัสดุหนา, การเจาะลึก	การเจาะลึก, มีความแข็งแรงสูง	การตั้งค่าที่ซับซ้อน, ข้อ จำกัด ด้านวัสดุ	1 กิโลวัตต์ถึง 10 กิโลวัตต์	ขึ้นไป 20 มม	ขึ้นไป 10 เมตร/นาที

วัสดุใดบ้างที่สามารถเชื่อมต่อกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้?

การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นเทคนิคอเนกประสงค์ที่สามารถเชื่อมวัสดุได้หลากหลาย. ความสามารถในการส่งมอบที่แม่นยำ, คานพลังงานสูงทำให้เหมาะสำหรับโลหะ, โลหะผสม, และอโลหะบางชนิด.

ต่อไปนี้เป็นภาพรวมของวัสดุที่เชื่อมโดยทั่วไปโดยใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์:

1. โลหะและโลหะผสม

การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษกับโลหะและโลหะผสม, ให้ความแม่นยำและความแข็งแรงสูงสำหรับการใช้งานต่างๆ.

เหล็ก

• สแตนเลส: เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมเช่นยานยนต์, การบินและอวกาศ, และทางการแพทย์, การเชื่อมด้วยเลเซอร์ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมและรอยเชื่อมที่สะอาด.
• เหล็กกล้าคาร์บอน: เชื่อมได้โดยมีโซนรับความร้อนน้อยที่สุด, แม้ว่าจะต้องควบคุมความร้อนอย่างระมัดระวังเพื่อไม่ให้เกิดรอยแตกร้าว.
• เหล็กเครื่องมือ: เหมาะสำหรับงานเชื่อมที่มีความแม่นยำ, โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมเครื่องมือและแม่พิมพ์.

อลูมิเนียม และอลูมิเนียมอัลลอยด์

• การนำความร้อนสูงของอะลูมิเนียมทำให้เกิดความท้าทาย, แต่เลเซอร์สมัยใหม่ก็จัดการได้ดี, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมเช่น 6061, 5052, และ 7075.

ไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียม

• มักใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการแพทย์, ไทเทเนียมเชื่อมได้ดีเนื่องจากมีการขยายตัวทางความร้อนต่ำและมีความแข็งแรงสูง.

นิกเกิลและโลหะผสมนิกเกิล

• โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นหลัก เช่น Inconel ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อน, เช่นในโรงไฟฟ้าและเครื่องยนต์ไอพ่น.

ทองแดงและโลหะผสมทองแดง

• การสะท้อนแสงและการนำความร้อนสูงของทองแดงต้องใช้เลเซอร์กำลังสูง, แต่มันเชื่อมได้, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า.

โลหะอื่นๆ

• โลหะผสมแมกนีเซียม: น้ำหนักเบาและใช้กันทั่วไปในการใช้งานด้านยานยนต์และอวกาศ.
• สังกะสีและโลหะเคลือบสังกะสี: พบได้ทั่วไปในเหล็กชุบสังกะสีและการใช้งานที่ทนต่อการกัดกร่อนอื่นๆ.

2. วัสดุที่ไม่เหมือนกัน

การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถเชื่อมวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกันได้, แม้ว่าคุณสมบัติความเข้ากันได้และความร้อนจะต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวัง.

• เหล็กเป็นอลูมิเนียม: สามารถทำได้ด้วยเทคนิคพิเศษในการจัดการความแตกต่างของการขยายตัวเนื่องจากความร้อน.
• ไทเทเนียมเป็นโลหะผสมนิกเกิล: ใช้ในการบินและอวกาศเพื่อให้มีน้ำหนักเบา, ข้อต่อที่แข็งแกร่ง.
• ทองแดงเป็นอลูมิเนียม: พบได้ในอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น การเชื่อมต่อแบตเตอรี่.

3. พลาสติก

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ยังสามารถเชื่อมเทอร์โมพลาสติกบางชนิดได้โดยใช้ระบบพิเศษ.

• โพลีคาร์บอเนต (พีซี): ทั่วไปในงานอิเล็กทรอนิกส์และยานยนต์.
• อะคริโลไนไตรล์ บิวทาไดอีน สไตรีน (เอบีเอส): ใช้ในสินค้าอุปโภคบริโภคและเครื่องใช้ไฟฟ้า.
• ไนลอนและโพรพิลีน: พบในส่วนประกอบทางอุตสาหกรรมและบรรจุภัณฑ์.

4. วัสดุเคลือบและชุบ

วัสดุที่มีสารเคลือบ (เช่น, เหล็กชุบสังกะสี, อลูมิเนียมอโนไดซ์) ยังสามารถเชื่อมได้.

ต้องคำนึงถึงการที่การเคลือบมีปฏิกิริยากับเลเซอร์อย่างไร, เพราะอาจส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อมได้.

5. โลหะมีค่า

การเชื่อมด้วยเลเซอร์เหมาะสำหรับการเชื่อมขนาดเล็ก, ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนที่ทำจาก:

• ทอง: ใช้ในเครื่องประดับและอิเล็กทรอนิกส์.
• เงิน: พบในงานไฟฟ้าและการตกแต่ง.
• แพลตตินัมและแพลเลเดียม: พบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมการแพทย์และเทคโนโลยีขั้นสูง.

ความแตกต่างระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์และการเชื่อมแบบดั้งเดิม

การเชื่อมด้วยเลเซอร์และเทคนิคการเชื่อมแบบดั้งเดิมมีความแตกต่างกันในหลายด้าน, รวมถึงหลักการเชื่อม, ความเร็วในการเชื่อม, คุณภาพการเชื่อม,

โซนรับผลกระทบจากความร้อน, ความยืดหยุ่นในการปฏิบัติงาน, ค่าอุปกรณ์, และต้นทุนการดำเนินงาน.

หลักการเชื่อม

• การเชื่อมด้วยเลเซอร์: ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงเป็นแหล่งความร้อน และตระหนักถึงการเชื่อมต่อของวัสดุผ่านวิธีการทำความร้อนแบบไม่สัมผัส.
  ลำแสงเลเซอร์สามารถโฟกัสไปยังพื้นที่เล็กๆ ได้อย่างแม่นยำ, ทำให้วัสดุหลอมละลายและกลายเป็นไอทันทีจนเกิดเป็นรอยเชื่อม .
• การเชื่อมแบบดั้งเดิม: ตัวอย่างเช่น, การเชื่อมอาร์กและการเชื่อมอาร์กอาร์กอนมักจะใช้อาร์ค, ความร้อนต้านทาน, หรือเปลวไฟแก๊สสำหรับการเชื่อม,
  ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสัมผัสทางกายภาพหรือการถ่ายโอนไอออนพลังงานสูง, และรอยเชื่อมอาจจะค่อนข้างหยาบ และความกว้างของรอยเชื่อมอาจจะค่อนข้างกว้าง.

ความเร็วในการเชื่อม

• การเชื่อมด้วยเลเซอร์: ความเร็วในการเชื่อมเร็ว, และงานเชื่อมจำนวนมากสามารถเสร็จได้ภายในเวลาอันสั้น, ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต .
• การเชื่อมแบบดั้งเดิม: ความเร็วในการเชื่อมค่อนข้างช้า, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องมีการควบคุมอย่างละเอียด .

คุณภาพการเชื่อม

• การเชื่อมด้วยเลเซอร์: รอยเชื่อมก็แคบ, เครื่องแบบ, และมีคุณภาพพื้นผิวที่ดี, และโซนรับความร้อนมีขนาดเล็ก,
  ซึ่งเหมาะสำหรับสาขาที่ต้องการคุณภาพการเชื่อมสูง, เช่นการผลิตด้านการบินและอวกาศและรถยนต์.
• การเชื่อมแบบดั้งเดิม: อาจทำให้เกิดเขตรับผลกระทบความร้อนได้ค่อนข้างมาก, เพิ่มความเสี่ยงของการเสียรูปและความเสียหายของวัสดุ,
  และคุณภาพการเชื่อมอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการ เช่น ทักษะของผู้ปฏิบัติงาน, เสถียรภาพของอุปกรณ์, และลักษณะของวัสดุ .

ความยืดหยุ่นในการดำเนินงาน

• การเชื่อมด้วยเลเซอร์: สามารถเชื่อมแบบไม่สัมผัสและสามารถเข้าถึงบางตำแหน่งที่เครื่องเชื่อมแบบเดิมเข้าถึงได้ยาก.
  ในเวลาเดียวกัน, นอกจากนี้ยังสามารถดำเนินการเชื่อมอัตโนมัติได้อีกด้วย, ปรับปรุงระดับของระบบอัตโนมัติในการผลิต .
• การเชื่อมแบบดั้งเดิม: วิธีการบางอย่าง (เช่นการเชื่อมTIG) เป็นแบบอิงการสัมผัสและอาจมีปัญหา เช่น การสึกหรอของเครื่องมือและการปนเปื้อนของวัสดุ .

ต้นทุนอุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงาน

• การเชื่อมด้วยเลเซอร์: ราคาอุปกรณ์ค่อนข้างสูง, และการลงทุนเริ่มแรกมีขนาดใหญ่.
  อย่างไรก็ตาม, ในกรณีของการผลิตจำนวนมากและมีความต้องการคุณภาพการเชื่อมสูง, ต้นทุนที่ครอบคลุมอาจมีข้อได้เปรียบมากกว่า.
• การเชื่อมแบบดั้งเดิม: อุปกรณ์ค่อนข้างครบกำหนด, และต้นทุนอาจจะต่ำ, แต่ประสิทธิภาพและขอบเขตการใช้งานอาจมีจำกัด.

ข้อเสียของการเชื่อมด้วยเลเซอร์

แม้จะมีข้อดีหลายประการของเทคโนโลยีก็ตาม, แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง, เป็นหลักดังนี้:

• ปัญหาต้นทุน: ต้นทุนของระบบการเชื่อมด้วยเลเซอร์ค่อนข้างสูง, รวมทั้งเลเซอร์ด้วย, ส่วนประกอบทางแสง, และระบบควบคุม. นี่หมายถึงการลงทุนเริ่มแรกจำนวนมาก.
• ข้อกำหนดทางเทคนิค: การใช้งานอุปกรณ์การเชื่อมด้วยเลเซอร์ต้องอาศัยการฝึกอบรมระดับมืออาชีพและความรู้ทางเทคนิค, และทักษะระดับสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับผู้ปฏิบัติงาน.
• ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับวัสดุ: แม้ว่าจะเหมาะกับวัสดุหลายประเภทก็ตาม, สำหรับวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง (เช่นอลูมิเนียม, ทองแดง, และโลหะผสมของพวกเขา),
  อัตราการดูดซึมเลเซอร์ต่ำ, ซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม.
• การบำรุงรักษาอุปกรณ์: อุปกรณ์การเชื่อมด้วยเลเซอร์จำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาและการสอบเทียบเป็นประจำ, ซึ่งจะเพิ่มต้นทุนการดำเนินงานในระยะยาว.
• ความอ่อนไหวต่อสิ่งแวดล้อม: กระบวนการนี้มีข้อกำหนดสูงสำหรับสภาพแวดล้อม. ตัวอย่างเช่น, ฝุ่นและความชื้นอาจส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม.
• ข้อจำกัดด้านคุณภาพการเชื่อม: ในบางกรณี, เช่นการเชื่อมแผ่นหนาหรือวัสดุที่แตกต่างกันโดยเฉพาะ,
  อาจเผชิญกับความท้าทายด้านคุณภาพการเชื่อม, เช่นรอยแตกร้าว, รูขุมขน, และข้อบกพร่องอื่น ๆ.
• ความเร็วและประสิทธิภาพการเชื่อม: แม้ว่าความเร็วในการเชื่อมด้วยเลเซอร์จะเร็วก็ตาม, สำหรับการใช้งานเฉพาะ, เช่นการผลิตจำนวนมากหรือการเชื่อมวัสดุพิเศษ,
  อาจยังจำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการผลิต.
• ปริมาณและน้ำหนักของอุปกรณ์: อุปกรณ์เชื่อมเลเซอร์ประสิทธิภาพสูงอาจมีขนาดใหญ่และหนัก, ซึ่งอาจจำกัดการใช้งานในสภาพแวดล้อมการทำงานบางพื้นที่ที่มีพื้นที่จำกัด.

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีการเชื่อมที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำสูง, และคุณภาพการเชื่อมได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการ. ปัจจัยหลักมีดังนี้:

พลังเลเซอร์

ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์, มีเกณฑ์ความหนาแน่นของพลังงาน. หากกำลังต่ำกว่าค่านี้, ความลึกของการเจาะเชื่อมจะค่อนข้างตื้น.

เมื่อพลังถึงหรือเกินค่านี้, ความลึกของการเจาะจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก. พลังงานเลเซอร์ยังควบคุมความเร็วการเชื่อมและความลึกของการเจาะ.

จุดโฟกัสลำแสง

ขนาดของจุดโฟกัสของลำแสงจะกำหนดความหนาแน่นของพลังงาน. การวัดขนาดจุดโฟกัสสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูงถือเป็นงานที่ท้าทาย.

ในทางปฏิบัติ, ขนาดจุดจริงมักจะใหญ่กว่าค่าที่คำนวณตามทฤษฎี.

อัตราการดูดซึมวัสดุ

อัตราการดูดซับของวัสดุไปยังเลเซอร์ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความต้านทานและสภาพพื้นผิวของวัสดุ.

สิ่งนี้ส่งผลต่อปริมาณพลังงานเลเซอร์ที่วัสดุสามารถดูดซับได้ และส่งผลต่อเอฟเฟกต์การเชื่อม.

ความเร็วในการเชื่อม

ความเร็วในการเชื่อมมีผลกระทบอย่างมากต่อความลึกในการเชื่อม. การเพิ่มความเร็วในการเชื่อมจะทำให้การเจาะลึกตื้นขึ้น.

อย่างไรก็ตาม, ถ้าความเร็วต่ำเกินไป, จะทำให้วัสดุหลอมละลายมากเกินไปและอาจถึงขั้นไหม้ทะลุชิ้นงานได้.

มีช่วงความเร็วการเชื่อมที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ความลึกในการเจาะที่ดีที่สุด.

ก๊าซป้องกัน

ก๊าซเฉื่อยมักจะใช้เพื่อปกป้องสระหลอมเหลวระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์. ก๊าซป้องกันที่แตกต่างกันมีผลกระทบต่อคุณภาพการเชื่อมที่แตกต่างกัน.

ตัวอย่างเช่น, ฮีเลียม, ซึ่งไม่แตกตัวเป็นไอออนได้ง่าย, เป็นก๊าซกำบังที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการเชื่อมด้วยเลเซอร์, แต่มันค่อนข้างแพง.

อาร์กอนมีความหนาแน่นสูงกว่าและสามารถป้องกันได้ดี, แต่อาจไปบังเลเซอร์บางส่วนได้.

ไนโตรเจนเป็นก๊าซป้องกันที่มีต้นทุนต่ำ, แต่ไม่เหมาะกับการเชื่อมสแตนเลสบางประเภท.

ตำแหน่งโฟกัส (จำนวนพร่ามัว)

ตำแหน่งโฟกัสมีอิทธิพลสำคัญต่อรูปร่างของรอยเชื่อมและความลึกของการเจาะ.

เมื่อปริมาณการพร่ามัวเป็นบวก, นั่นคือ, จุดโฟกัสอยู่เหนือพื้นผิวชิ้นงาน, มีประโยชน์ในการได้พื้นผิวการเชื่อมที่เรียบเนียน.

เมื่อปริมาณการพร่ามัวเป็นลบ, หมายถึงจุดโฟกัสอยู่ภายในชิ้นงาน, สามารถเพิ่มความลึกในการเจาะได้.

สภาพแวดล้อม

กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์มีข้อกำหนดสูงสำหรับสภาพแวดล้อม. ตัวอย่างเช่น, ฝุ่นและความชื้นอาจส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม.

ความสม่ำเสมอของวัสดุ

ความสม่ำเสมอของวัสดุส่งผลโดยตรงต่อการใช้วัสดุและคุณภาพการเชื่อมอย่างมีประสิทธิภาพ.

การกระจายองค์ประกอบโลหะผสมที่ไม่สม่ำเสมอหรือการมีสิ่งเจือปนภายในวัสดุจะส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการเชื่อม.

อุปกรณ์เชื่อมและอุปกรณ์ติดตั้ง

คุณภาพและสถานะการบำรุงรักษาอุปกรณ์เชื่อม, รวมถึงความแม่นยำของฟิกซ์เจอร์ด้วย, ล้วนส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม.

การรับรองความถูกต้องแม่นยำของเครื่องจักรและความแม่นยำในการประกอบชิ้นงานที่เชื่อมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปรับปรุงคุณภาพการเชื่อม.

ทักษะของผู้ปฏิบัติงาน

ทักษะและประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อมด้วยเลเซอร์. การฝึกอบรมวิชาชีพและความรู้ทางเทคนิคถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้การเชื่อมมีคุณภาพสูง.

การใช้งานทั่วไปของการเชื่อมด้วยเลเซอร์

เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตวัสดุโลหะเนื่องจากมีความแม่นยำสูง, ประสิทธิภาพสูง, โซนรับผลกระทบความร้อนขนาดเล็ก, และมีคุณภาพดี.

ต่อไปนี้เป็นขอบเขตการใช้งานทั่วไปบางส่วนในการผลิตวัสดุโลหะ:

บทสรุป

การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีที่ทรงพลังและแม่นยำซึ่งมีข้อได้เปรียบเหนือวิธีการเชื่อมแบบเดิมๆ มากมาย.

โดยทำความเข้าใจหลักการและองค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง, ผู้ผลิตสามารถใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีนี้เพื่อปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์, ลดเวลาในการผลิต, และเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม.

หากคุณมีคำถามหรือความต้องการเฉพาะเจาะจงเพิ่มเติม, รู้สึกอิสระที่จะ ติดต่อเรา!