การประยุกต์ใช้กระบวนการผลิตเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ การประยุกต์ใช้กระบวนการผลิตทางเทคโนโลยี

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่เชื่อถือได้และครบถ้วนจำเป็นต้องมีการตรวจสอบจากหลายแง่มุม รวมถึงพารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ประสิทธิภาพการเชื่อมต่อรวมกับการจำลองเชิงตัวเลข จากนั้นเราจึงจะสามารถสร้างพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสมสำหรับการผลิตยานพาหนะได้

1.1 การวิจัยเกี่ยวกับพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสมที่สุด

ตามมาตรฐานการไม่มีรอยเชื่อมบนพื้นผิวด้านนอกและมีความแข็งแรงสูงกว่าการเชื่อมแบบจุดต้านทาน การเชื่อมด้วยเลเซอร์ การทดสอบกระบวนการดำเนินการกับแผ่นเหล็กสเตนเลสที่มีความหนาต่างกัน ด้วยเหตุนี้ เราจึงสรุปการผสมผสานพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ของตัวเครื่องสแตนเลส

(1) กำลังเลเซอร์

ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ มีเกณฑ์ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์อยู่ ต่ำกว่าค่านี้ ความลึกของการหลอมเหลวจะตื้นมาก เมื่อถึงหรือเกินค่านี้ ความลึกของการหลอมเหลวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก พลาสมาจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์บนชิ้นงานเกินเกณฑ์ (ซึ่งขึ้นอยู่กับวัสดุ) ซึ่งบ่งบอกถึงความคืบหน้าของการเชื่อมฟิวชันล้ำลึกที่มีความเสถียร หากพลังงานเลเซอร์ต่ำกว่าเกณฑ์นี้ จะเกิดการหลอมละลายที่พื้นผิวของชิ้นงานเท่านั้น และ กระบวนการเชื่อมดำเนินการในโหมดการนำความร้อนที่เสถียร อย่างไรก็ตาม เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์อยู่ใกล้สภาวะวิกฤตสำหรับการก่อตัวของรูเล็ก ๆ การเชื่อมฟิวชันลึกและการเชื่อมแบบนำสลับกัน นำไปสู่กระบวนการเชื่อมที่ไม่เสถียร ซึ่งส่งผลให้เกิดความผันผวนอย่างมีนัยสำคัญในความลึกของการหลอมเหลว ในระหว่างการเจาะเลเซอร์ลึก การเชื่อมแบบเจาะพลังงานเลเซอร์จะควบคุมทั้งความลึกของการเจาะและความเร็วในการเชื่อมพร้อมกัน ความลึกของการเจาะเชื่อมมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่นของกำลังลำแสง และเป็นหน้าที่ของกำลังของลำแสงตกกระทบและจุดโฟกัสของลำแสง โดยทั่วไปแล้ว สำหรับลำแสงเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่แน่นอน ความลึกของการหลอมละลายจะเพิ่มขึ้นตามกำลังของลำแสง เพิ่มขึ้น

(2) ความเร็วในการเชื่อม

ความเร็วในการเชื่อมมีผลอย่างมากต่อความลึกของการหลอมละลาย การเพิ่มความเร็วจะทำให้ความลึกของการหลอมละลายตื้นขึ้น แต่ถ้าความเร็วต่ำเกินไป ก็อาจทำให้วัสดุหลอมละลายมากเกินไปและทะลุทะลุแนวเชื่อมของชิ้นงานได้ ดังนั้นสำหรับกำลังเลเซอร์บางตัวและวัสดุเฉพาะที่มีความหนาที่แน่นอน เป็นช่วงความเร็วการเชื่อมที่เหมาะสม และสามารถรับความลึกของการหลอมสูงสุดได้ที่ค่าความเร็วที่สอดคล้องกัน

(3) จุดโฟกัสของลำแสง

ขนาดของลำแสงถือเป็นตัวแปรที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งการเชื่อมด้วยเลเซอร์เนื่องจากเป็นตัวกำหนดความหนาแน่นของพลังงาน อย่างไรก็ตาม สำหรับเลเซอร์กำลังสูง การวัดสิ่งนี้ถือเป็นความท้าทาย แม้ว่าจะมีเทคนิคการวัดทางอ้อมมากมายก็ตาม ขนาดจุดจำกัดการเลี้ยวเบนของโฟกัสลำแสงสามารถคำนวณได้ตามทฤษฎีของการเลี้ยวเบนของแสง แต่เนื่องจากการมีอยู่ของความคลาดเคลื่อนในเลนส์โฟกัส จุดจริงจึงมีมากกว่าค่าที่คำนวณได้ วิธีทดสอบเชิงปฏิบัติที่ง่ายที่สุดคือวิธี Equal Temperature Contour ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแผดเผากระดาษหนาๆ และหลังจากเจาะแผ่นโพลีโพรพีลีนแล้ว วัดจุดโฟกัสและเส้นผ่านศูนย์กลางของรู วิธีการนี้อาศัยการทดสอบภาคปฏิบัติเพื่อวัดขนาดของกำลังของเลเซอร์และเวลาของการทำงานของลำแสงเลเซอร์อย่างแม่นยำ

(4) ตำแหน่งโฟกัส

ในระหว่างการเชื่อม เพื่อรักษาความหนาแน่นของพลังงานให้เพียงพอ ตำแหน่งจุดโฟกัสเป็นสิ่งสำคัญ การเปลี่ยนตำแหน่งของโฟกัสที่สัมพันธ์กับพื้นผิวของชิ้นงานส่งผลโดยตรงต่อความกว้างและความลึกของการเชื่อม การเชื่อมด้วยเลเซอร์มักจะต้องมีการพร่ามัวในระดับหนึ่ง เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานที่ศูนย์กลางของจุดลำแสงที่เลเซอร์ถูกโฟกัสนั้นสูงเกินไป ซึ่งอาจนำไปสู่การระเหยและการเจาะรูได้ง่าย ในแต่ละระนาบที่เคลื่อนออกจากโฟกัสของเลเซอร์ การกระจายความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างสม่ำเสมอ การพร่ามัวมีสองประเภท: การพร่ามัวเชิงบวกและการพร่ามัวเชิงลบ เมื่อระนาบโฟกัสอยู่เหนือชิ้นงาน จะเรียกว่าการพร่ามัวเชิงบวก และในทางกลับกัน จะเรียกว่าการพร่ามัวเชิงลบ ตามทฤษฎีทัศนศาสตร์ทางเรขาคณิต เมื่อระนาบพร่ามัวเชิงบวกและลบอยู่ในระยะห่างเท่ากันจากระนาบการเชื่อม ความหนาแน่นของพลังงานบนระนาบที่สอดคล้องกันจะเท่ากันโดยประมาณ อย่างไรก็ตาม รูปร่างที่แท้จริงของสระเชื่อมที่ได้รับนั้นแตกต่างกัน ในระหว่างการปรับโฟกัสเชิงลบ สามารถรับความลึกของฟิวชั่นได้มากขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการก่อตัวของสระเชื่อม การทดลองแสดงให้เห็นว่าวัสดุเริ่มละลายหลังจากการให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ 50~200 μs ก่อตัวเป็นโลหะเหลวและกลายเป็นไอเพื่อสร้างไอน้ำแรงดันในห้อง ซึ่งพ่นออกมาด้วยความเร็วสูงมาก ปล่อยแสงสีขาวพราวออกมา ในเวลาเดียวกัน ความเข้มข้นสูง ของก๊าซจะผลักโลหะเหลวไปทางขอบของสระเชื่อม ทำให้เกิดภาวะซึมเศร้าตรงกลางสระเชื่อม เมื่อพร่ามัวในเชิงลบ ความหนาแน่นของพลังงานภายในวัสดุจะสูงกว่าบนพื้นผิว ทำให้เกิดการหลอมละลายและการกลายเป็นไอที่รุนแรงขึ้น และช่วยให้พลังงานแสงส่งผ่านเข้าไปในวัสดุได้ลึกยิ่งขึ้น ดังนั้นในการใช้งานจริง การพร่ามัวเชิงลบจึงถูกนำมาใช้เมื่อต้องการความลึกของฟิวชันที่มากขึ้น การพร่ามัวเชิงบวกมีความเหมาะสมเมื่อเชื่อมวัสดุบาง

(5) การควบคุมการเพิ่มขึ้นและลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของกำลังเลเซอร์ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดการเชื่อม

ในระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบเจาะลึก ปัญหาความพรุนมักจะเกิดขึ้นเสมอ โดยไม่คำนึงถึงความลึกของรอยเชื่อม เมื่อกระบวนการเชื่อมสิ้นสุดลงและปิดสวิตช์ไฟ จะเกิดการยุบตัวที่ปลายหางของตะเข็บเชื่อม นอกจากนี้ เมื่อชั้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์ครอบคลุมตะเข็บการเชื่อมเดิม ก็อาจทำให้ลำแสงเลเซอร์ดูดซับมากเกินไป นำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปของการเชื่อมหรือการก่อตัวของรูก๊าซ เพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าว สามารถตั้งโปรแกรมสำหรับจุดสตาร์ทและหยุดกำลังได้ ทำให้สามารถปรับเวลาเริ่มต้นและหยุดได้ นั่นคือ กำลังสตาร์ทจะเพิ่มขึ้นทางอิเล็กทรอนิกส์จากศูนย์เป็นค่ากำลังที่ตั้งไว้ภายในระยะเวลาอันสั้น และเวลาในการเชื่อมจะถูกปรับ ในที่สุดเมื่อการเชื่อมสิ้นสุดลง กำลังจะค่อยๆ ลดลงจากกำลังที่ตั้งไว้เป็นศูนย์

1.2 การทดสอบประสิทธิภาพของตัวเชื่อมต่อ

ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง การทดสอบแรงดึงเฉือน การทดสอบประสิทธิภาพความล้า และการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของข้อต่อได้ดำเนินการบนข้อต่อเชื่อมด้วยเลเซอร์ของตัวรถสแตนเลส โดยสรุป ความสัมพันธ์ระหว่างความแข็งแรง ลักษณะ และรูปร่างของรอยต่อ ของข้อต่อเชื่อมด้วยเลเซอร์สแตนเลสและกำหนดพารามิเตอร์ของกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ นี่เป็นพื้นฐานสำหรับแนวทางการผลิต ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าสำหรับการรวมกันของความหนาของแผ่นเดียวกัน ประสิทธิภาพความล้า โหลดแรงดึงเฉือน และคุณภาพลักษณะของข้อต่อที่เชื่อมด้วยเลเซอร์ของแผ่นเหล็กสแตนเลสนั้นเหนือกว่าข้อต่อที่เชื่อมแบบจุดต้านทาน .

1.3 การวิจัยการจำลองเชิงตัวเลข

ซอฟต์แวร์คำนวณองค์ประกอบจำกัดใช้เพื่อจำลองรูปร่างของพูลหลอมเหลวของรอยเชื่อมด้วยเลเซอร์ ซึ่งส่งผลให้เกิดรูปร่างขนาดเล็กของรอยต่อภายใต้การผสมผสานของพารามิเตอร์กระบวนการที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงได้ขนาดที่เล็กมากของรอยเชื่อมและตัดสินความแข็งแรงของรอยเชื่อม แบบจำลองทางคณิตศาสตร์มีความแม่นยำสูงจากการตรวจสอบ ในการผลิต พารามิเตอร์ทางเทคโนโลยีสามารถกำหนดได้โดยการคำนวณเชิงตัวเลข ซึ่งช่วยลดจำนวนการทดสอบ และลดการใช้กำลังคนและทรัพยากรวัสดุ

1.4 รูปแบบพื้นฐานของข้อต่อ

รูปแบบพื้นฐานของข้อต่อในการทดสอบแสดงไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 รูปแบบพื้นฐานของข้อต่อ

จำนวน	แบบฟอร์มร่วม	ไดอะแกรมตัวเชื่อมต่อ	ช่วงความหนาของแผ่น/มม
1	ข้อต่อก้น		t ≤ 4
2	ข้อต่อตัก		t1+ t2 ≤6
3	ข้อต่อตัวที		t1 ≥1

1.5 การประเมินกระบวนการ

ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง การสำรวจพารามิเตอร์กระบวนการทางทฤษฎีและการตรวจสอบผ่านการทดสอบทางโลหะวิทยาของกระบวนการและเคมีกายภาพ การประเมินกระบวนการและรายงานจะเกิดขึ้น ซึ่งเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับแนวทางการผลิตจริง

 การเชื่อมด้วยเลเซอร์ การตรวจสอบและวิเคราะห์คุณภาพตะเข็บ

ในแง่ของการตรวจสอบและควบคุมคุณภาพ การควบคุมคุณภาพของกระบวนการผลิตทั้งหมดของการเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากตะเข็บการเชื่อมด้วยเลเซอร์บางส่วนเป็นการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ไม่ทะลุทะลวง ก่อนที่จะดำเนินการผลิตการเชื่อมจำเป็นต้องตรวจสอบเลเซอร์ เชื่อมชิ้นงานและตรวจสอบความเสถียรของพารามิเตอร์ เช่น กำลังของอุปกรณ์การเชื่อมด้วยเลเซอร์ และความเร็วในการเชื่อม ในระหว่างกระบวนการผลิตการเชื่อม ควรดำเนินการประกอบอย่างเข้มงวดตามวิธีกระบวนการ นอกจากจะทำให้พื้นผิวตะเข็บเชื่อมติดกันแล้ว ยังจำเป็นต้องตรวจสอบคุณภาพการเชื่อมแบบเรียลไทม์ระหว่างกระบวนการเชื่อมด้วย โดยใช้วิธีการทางเทคนิคทั้งทางตรงและทางอ้อม จำเป็นต้องวิเคราะห์และยืนยันว่าความลึกหลอมเหลวของ การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพและบันทึกที่เก็บไว้สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ ในเวลาเดียวกันก็มีฟังก์ชั่นแจ้งเตือนหรือปรับพารามิเตอร์การเชื่อมผ่านฟังก์ชั่นการปรับตัวของอุปกรณ์เพื่อชดเชย หลังจากการเชื่อมเสร็จสิ้นนอกเหนือจากการตรวจสอบตะเข็บการเชื่อมด้วยภาพที่จำเป็นแล้วยังจำเป็นต้องใช้อัลตราโซนิกด้วย เทคโนโลยีการทดสอบแบบไม่ทำลายเพื่อตรวจสอบความลึกหลอมเหลวของรอยเชื่อม ท้ายที่สุดแล้ว สิ่งนี้ทำให้แน่ใจได้ว่าความลึกหลอมเหลวของตะเข็บการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ไม่ทะลุทะลวงนั้นอยู่ภายในช่วงที่ควบคุมหรือไม่ ทำให้มั่นใจในการควบคุมคุณภาพการเชื่อมทุกกระบวนการ

สรุป

สรุปไม่เจาะครับ. การเชื่อมด้วยเลเซอร์ กระบวนการสามารถแก้ไขการเสียรูปการเชื่อมต่างๆ ในกระบวนการเชื่อมด้วยความต้านทานผนังด้านข้าง ปรับปรุงคุณภาพการเชื่อม แทนที่การเชื่อมจุดต้านทานแบบดั้งเดิมด้วยการเชื่อมด้วยเลเซอร์ เพิ่มความแข็งแรงของรอยเชื่อม ปรับปรุงคุณภาพภายนอกของตัวถังรถ และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต ในเวลาเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีการผลิตยานพาหนะรางสแตนเลสได้เพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของบริษัทในอุตสาหกรรมเดียวกัน การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์กับยานพาหนะรางไม่เพียงแต่ปรับปรุงคุณภาพโดยรวมของรถโดยสารรางเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความได้เปรียบในการแข่งขันระดับนานาชาติของรถโดยสารรางรถไฟที่ผลิตในจีน