การเชื่อมด้วยเลเซอร์และการเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน: "เทคโนโลยีขั้นสูง" สำหรับการผลิตระดับไฮเอนด์

ในสาขาระดับสูง เช่น การบินและอวกาศและไมโครอิเล็กทรอนิกส์ การเชื่อมฟิวชันแบบดั้งเดิมเป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองความต้องการของความแม่นยำและการเจาะลึก การเชื่อมด้วยเลเซอร์และการเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอนโดดเด่นด้วยข้อดีของ "ความหนาแน่นของพลังงานสูง ความแม่นยำสูง และการเสียรูปต่ำ"

การเชื่อมด้วยเลเซอร์:ใช้ลำแสงเลเซอร์กำลังสูง (ความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตรหรือ 10.6 ไมโครเมตร) โดยเน้นไปที่พื้นผิวชิ้นงาน อุณหภูมิทันทีอาจสูงถึงกว่า 10,000°C ทำให้เกิดการหลอมละลายและการเชื่อมโลหะอย่างรวดเร็ว มีการเชื่อมที่แคบและโซนรับความร้อนขนาดเล็ก ทำให้เหมาะสำหรับการเชื่อมส่วนประกอบที่มีผนังบางและชิ้นส่วนขนาดเล็ก เช่น ขายึดกล้องสมาร์ทโฟน และใบพัดเครื่องยนต์อากาศยาน

การเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน:ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกเร่งและมุ่งไปที่การทิ้งระเบิดชิ้นงาน ด้วยความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 10^6-10^8 วัตต์/ซม.² ทำให้สามารถเชื่อมแบบเจาะลึกด้วยอัตราส่วนกว้างยาวถึง 10:1 เหมาะสำหรับส่วนประกอบที่มีความแม่นยำผนังหนา เช่น ชิ้นส่วนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และเฟืองขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม มีค่าใช้จ่ายอุปกรณ์สูงและต้องใช้สภาพแวดล้อมสุญญากาศ ส่งผลให้สถานการณ์การใช้งานค่อนข้างจำกัด

องค์ประกอบอุปกรณ์และประเภทเลเซอร์

ระบบการเชื่อมด้วยเลเซอร์มาตรฐานประกอบด้วยองค์ประกอบหลักสามประการ:

เครื่องกำเนิดเลเซอร์: แปลงพลังงานไฟฟ้าให้เป็นลำแสงเลเซอร์ที่สอดคล้องกัน

ระบบส่งผ่านแสง: นำทางและโฟกัสลำแสง (เช่น ใยแก้วนำแสง กระจกสะท้อนแสง)

สถานีงาน: ผสานรวมอุปกรณ์ติดตั้ง การควบคุมการเคลื่อนไหว (หุ่นยนต์/ระยะเชิงเส้น) และการจ่ายก๊าซป้องกัน

พารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญและแนวทางการปฏิบัติงาน

การควบคุมพารามิเตอร์จะกำหนดคุณภาพการเชื่อมโดยตรง แม้แต่การเบี่ยงเบนเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น ความพรุนหรือรอยแตกร้าวได้ :

(1) การเตรียมก่อนการเชื่อม

การทำความสะอาดวัสดุ: ขจัดคราบน้ำมัน เกล็ดออกไซด์ หรือสารเคลือบโดยใช้เอธานอลหรือการพ่นทราย สำหรับวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง (Al, Cu) ให้เตรียมพื้นผิวล่วงหน้าเพื่อลดการสะท้อนของเลเซอร์

การวางตำแหน่งโฟกัส: ใช้การพร่ามัวเชิงลบ (โฟกัสใต้พื้นผิวชิ้นงาน) เพื่อการเจาะลึก การพร่ามัวเชิงบวก (โฟกัสด้านบน) สำหรับแผ่นบางเพื่อหลีกเลี่ยงการเบิร์นทะลุ

การประยุกต์ทางอุตสาหกรรมและกรณีศึกษา

ความเก่งกาจของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ขับเคลื่อนนวัตกรรมทั่วทั้งภาคส่วน:

(1) การก่อสร้างและอุตสาหกรรมหนัก

โครงสร้างเหล็ก: ระบบการเชื่อมไฮบริดอาร์คด้วยเลเซอร์สองหัวเชื่อมคาน T-beam ขนาด 20 มม.+ ที่ 1.2 ม./นาที ลดการเสียรูปลง 50%

การต่อเรือ: ระบบนำทางด้วยหุ่นยนต์พร้อมรางแกน 7 เชื่อมแผ่นตัวเรือหนา 115 มม. ในรอบเดียว แก้ปัญหาความท้าทาย "การเชื่อมด้านเดียว การขึ้นรูปสองด้าน"

(2) การผลิตยานยนต์

การเชื่อมที่แม่นยำของส่วนประกอบระบบส่งกำลังโดยใช้ "เทคโนโลยีการควบคุมความเสถียรของรูกุญแจ" เพื่อให้ได้การเชื่อมแบบวงกลมที่ปราศจากข้อบกพร่อง

การเชื่อมด้วยช่างตัดเสื้อด้วยเลเซอร์ของแผงตัวถังรถยนต์ช่วยลดจำนวนชิ้นส่วนลง 30% และน้ำหนักลง 15%

(3) พลังงานขั้นสูงและการบินและอวกาศ

พลังงานนิวเคลียร์: การเชื่อมด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ของโลหะผสม Ni-28W-6Cr (สำหรับเครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว 850°C) พร้อมการลดการแตกร้าวผ่านการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม

การบินและอวกาศ: การเชื่อมใบพัดเครื่องยนต์ไททาเนียมอัลลอยด์โดยมีโซนรับความร้อน (HAZ) น้อยที่สุดเพื่อรักษาความแข็งแรงของวัสดุ