การเชื่อมเลเซอร์

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ [[glossary:laserstrahlschweissen|]] ทำงานแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากกระบวนการอาร์คทุกประเภท: ที่นี่ไม่มี อาร์กไฟฟ้า↗ หลอมละลาย แต่เป็นลำแสงเลเซอร์ที่ถูกโฟกัส ลำแสงรวมพลังงานไว้ที่จุดเล็ก ๆ เพียงเศษเสี้ยวของมิลลิเมตร — ความหนาแน่นพลังงานสูงมากจนโลหะระเหยกลายเป็นไอทันทีและเกิด "ช่องไอ" (Keyhole) ขึ้น เลเซอร์ "เจาะ" ผ่านเนื้อวัสดุ และด้านหลังจุดโฟกัส เนื้อหลอมจะปิดกลับเป็นแนวเชื่อม

ผลลัพธ์คือสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการเชื่อม SMAW (E-Hand) โดยสิ้นเชิง:

• แนวเชื่อมแคบมากและลึก: อัตราส่วนความลึกต่อความกว้างสามารถสูงถึง 10:1 และมากกว่า

• เขตได้รับความร้อน↗น้อยที่สุด: ความร้อนรวมอยู่ที่จุดเดียว ส่วนที่เหลือของชิ้นงานยังเย็นอยู่ — การบิดตัวน้อยมาก โครงสร้างเนื้อวัสดุเปลี่ยนแปลงน้อยมาก

• ความเร็วสูงสุด: แผ่นบางเชื่อมเสร็จในเสี้ยววินาที

ยิ่งไปกว่านั้น: ไม่ต้องสัมผัส เลเซอร์ไม่ต้องใช้อิเล็กโทรด ไม่ต้องสัมผัสลวด ไม่ต้องใช้หัวเชื่อมแตะชิ้นงาน ทำให้สามารถ การเชื่อม↗ ในจุดที่เข้าถึงยากและทำงานอัตโนมัติได้อย่างสมบูรณ์ด้วยหุ่นยนต์

มีเลเซอร์แบบไหนบ้าง?

แบ่งตามตัวกลางที่สร้างแสง:

• เลเซอร์ CO₂ (10.6 µm): คลาสสิกสำหรับแผ่นเหล็กหนา เป็นมาตรฐานมานาน ปัจจุบันในงานเชื่อมถูกแทนที่ไปมากแล้ว

• เลเซอร์ไฟเบอร์ (ประมาณ 1.06 µm): มาตรฐานสมัยใหม่ กะทัดรัด ประสิทธิภาพสูงสุด แสงนำทางผ่านเส้นใยแก้วได้ เหมาะสำหรับหุ่นยนต์และแนวเชื่อมละเอียด

• เลเซอร์ดิสก์ (ประมาณ 1.03 µm): กำลังสูงมากพร้อมคุณภาพลำแสงExcellent — สำหรับแผ่นหนาและความเร็วสูง

• เลเซอร์ไดโอด: จากสารกึ่งตัวนำโดยตรง ลำแสงนุ่มนวลกว่า — เหมาะกับการบัดกรีแข็งและการเชื่อมซ้อน

แต่ก่อนยังมี เลเซอร์ของแข็ง Nd:YAG (1.06 µm) เป็นตัวเชื่อมกลาง; ปัจจุบันเลเซอร์ไฟเบอร์และดิสก์ครองตลาด

ทำไมใช้วัตต์ไม่ใชแอมแปร์?

เพราะเป็นปริมาณทางฟิสิกส์ที่แตกต่างกันสองอย่าง ในการ อาร์กไฟฟ้า↗ กำลังคือกระแสคูณแรงดัน — และเนื่องจากแรงดันอาร์คเกือบคงที่ (20–40 V) กระแสในหน่วยแอมแปร์ จึงควบคุมความร้อนโดยตรง สำหรับเลเซอร์ ลำแสงส่งแสง (โฟตอน) ไม่ใช่กระแสไฟฟ้า — ปริมาณที่เกี่ยวข้องและวัดได้โดยตรงคือ กำลังแสง = พลังงานต่อวินาที = วัตต์ ไม่มี "กระแส" ในลำแสงเลย เครื่องจักรดึงกำลังไฟฟ้าจากปลั๊ก (เป็นวัตต์เช่นกัน) แต่แปลงเป็นแสงเลเซอร์ด้วยประสิทธิภาพ 30–50 % ดังนั้นจึงจำแนกเลเซอร์ตามกำลังแสงขาออกเป็นวัตต์ — โดยทั่วไป 0.5–20 kW ขึ้นอยู่กับความหนาแผ่น

ใช้ก๊าซอะไร?

ก๊าซป้องกัน↗ในกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์มีสองหน้าที่: ป้องกันบ่อหลอมจากการเกิดออกซิเดชัน และ ควบคุมกลุ่มพลาสมาบนแนวเชื่อมที่ลดทอนลำแสง:

• ฮีเลียม: ยับยั้งพลาสมาได้ดีที่สุด — สำหรับการเชื่อมลึก โดยเฉพาะกับเลเซอร์ CO₂

• อาร์กอน: มาตรฐานสำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์และดิสก์บนเหล็กและเหล็กกล้าไร้สนิม

• ไนโตรเจน: สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม (ทำให้โครงสร้างเสถียร) แต่เสี่ยงต่อรูพรุน

• แผ่นชุบสังกะสี: ใช้ส่วนผสมก๊าซพิเศษ เพราะสังกะสีที่ระเหยอาจทำให้แนวเชื่อมแตกได้

สองกระบวนการพื้นฐาน:

• การเชื่อมนำความร้อน: ที่กำลังต่ำ ลำแสงหลอมเฉพาะผิว — แนวเชื่อมกว้าง ตื้น และเรียบ คล้ายการบัดกรี

• การเชื่อมลึก (Keyhole): ที่กำลังสูง ลำแสงเจาะทะลุวัสดุ — แนวเชื่อมลึกและแคบสำหรับข้อต่อโครงสร้าง

การใช้งานอยู่ในขอบเขตของงานความแม่นยำและการผลิตจำนวนมาก: อุตสาหกรรมยานยนต์ (ชิ้นส่วนตัวถัง เกียร์) เซลล์แบตเตอรี่ กล่องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ชิ้นส่วนการแพทย์ และทุกที่ที่การบิดตัวเป็นปัญหา

ราคาที่ต้องจ่าย: เครื่องจักรมีราคาแพง การเตรียมแนวเชื่อมต้องแม่นยำ (ช่องว่างใกล้ศูนย์) และความปลอดภัยกำหนดให้ใช้เลเซอร์คลาส 4 ในห้องปิด สำหรับงานผลิตชิ้นเดียวในโรงงาน เลเซอร์ไม่ค่อยเป็นตัวเลือกแรก — ที่นั่นการเชื่อม MAG หรือ TIG [[glossary:schweissen|]] ครองตลาด