ผลของแก๊สป้องกันต่อการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์สแตนเลส

ด้วยความต้องการประสิทธิภาพการผลิตที่เพิ่มขึ้น การผลิตสมัยใหม่จึงให้ความสำคัญกับเทคโนโลยีการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ ความคล่องตัว และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสูง การเชื่อมด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ การต่อเรือ และอุตสาหกรรมอื่นๆ เนื่องจากมีคุณภาพสูง ความแม่นยำ การเสียรูปน้อยที่สุด และประสิทธิภาพที่โดดเด่น ในบรรดาปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม ก๊าซป้องกันมีบทบาทสำคัญ

การเกิดขึ้นของเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง-ได้เร่งให้เกิดความนิยมในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมยานยนต์ ไฟเบอร์เลเซอร์ทำงานที่ความยาวคลื่น 1,070 นาโนเมตร ซึ่งสั้นกว่าความยาวคลื่น 10.6 μm ของเลเซอร์ CO2 อย่างมาก เนื่องจากวัสดุมีอัตราการดูดซับที่แตกต่างกันในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน คุณลักษณะการเชื่อมของไฟเบอร์เลเซอร์จึงแตกต่างจากเลเซอร์ CO2 โดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม การวิจัยที่ครอบคลุมเกี่ยวกับแก๊สป้องกันสำหรับการเชื่อมด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ยังคงมีจำกัด เพื่อแก้ไขช่องว่างนี้ การศึกษานี้จึงดำเนินการชุดการทดสอบพารามิเตอร์บนเหล็กกล้าไร้สนิม เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเชื่อมด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

การทดลองดำเนินการกับแผ่นเหล็กสเตนเลส SUS304 หนา 3 มม. โดยใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ IPG YLR-6000 (กำลังขับสูงสุด: 6 kW; ความแตกต่างของลำแสง: 8 mrad) ระบบเลเซอร์ถูกรวมเข้ากับหุ่นยนต์ KUKA KR60HA 6-DOF หัวฉีดแก๊สป้องกันมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 4 มม. และอยู่ในตำแหน่งเหนือชิ้นงาน 4 มม.

เพื่อแยกตัวแปร พารามิเตอร์การเชื่อมต่อไปนี้จะถูกเก็บไว้คงที่:

• กำลังเลเซอร์:1 กิโลวัตต์
• ความเร็วในการเชื่อม:1.5 ม./นาที
• ทางยาวโฟกัส:250 มม
• ปริมาณการพร่ามัว:0 มม
• วิธีการเชื่อม:ลูกปัดด้านเดียว-บน-การเชื่อมเพลท

มีการทดลองสี่ชุดเพื่อประเมินผลกระทบของ:

1. ประเภทแก๊ส:การเปรียบเทียบผลกระทบของ Ar, He และ N₂ บริสุทธิ์
2. อัตราการผสมแก๊ส:ตรวจสอบว่าอัตราส่วนการผสมของ Ar- ส่งผลต่อสัณฐานวิทยาของพื้นผิวการเชื่อมและการเจาะทะลุอย่างไร
3. มุมเป่า:การประเมินอิทธิพลของมุมเป่าด้านข้าง-ต่อการเจาะทะลุของรอยเชื่อม
4. ตำแหน่งการจัดตำแหน่งแก๊ส:การวิเคราะห์ว่าการชดเชยระหว่างจุดส่งก๊าซและจุดเลเซอร์ส่งผลต่อการก่อตัวของรอยเชื่อมอย่างไร

ผลกระทบของประเภทก๊าซ:เมื่อใช้แก๊สป้องกันเดี่ยว ความลึกของการเชื่อมจะเป็นไปตามลำดับของ He > N₂ > Ar ซึ่งเป็นผลมาจากความแตกต่างของพลังงานไอออไนเซชันของแก๊สและเกณฑ์การบำรุงรักษาพลาสมา

อัตราส่วนผสมและอัตราการไหล:ความเข้มข้นของ He ที่สูงขึ้นในส่วนผสมของ Ar-He รวมถึงอัตราการไหลของก๊าซทั้งหมดที่สูงขึ้น ส่งผลให้ความลึกของการเจาะเพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกัน

เอฟเฟกต์มุมเป่า:การเจาะทะลุของรอยเชื่อมลดลงเมื่อมุมเป่าด้านข้าง-เพิ่มขึ้น การลดลงนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในสถานะการไหลของก๊าซ (การเปลี่ยนระหว่างการไหลแบบราบเรียบและการไหลแบบปั่นป่วน) ทั่วพื้นผิวชิ้นงาน

ผลกระทบของตำแหน่งการจัดตำแหน่ง:แนวโน้มการเจาะทะลุจะแปรผันตามระยะห่างสัมพัทธ์ระหว่างจุดส่งก๊าซและจุดเลเซอร์ ความลึกของการเจาะสูงสุดเกิดขึ้นได้เมื่อจุดส่งก๊าซถูกชดเชยประมาณ ±1.5 มม. จากจุดเลเซอร์ ในขณะที่ความลึกขั้นต่ำเกิดขึ้นเมื่อก๊าซอยู่ในแนวตรงกับศูนย์กลางของจุดเลเซอร์