การประยุกต์ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์กับสแตนเลสสเตนเลส 7

ข้อบกพร่อง: สาเหตุและวิธีแก้ไข

การเชื่อมด้วยเลเซอร์กับสแตนเลสให้ความแม่นยำที่เหนือกว่า แต่ยังอาจเกิดข้อบกพร่องได้หากการเตรียมวัสดุ พารามิเตอร์กระบวนการ หรือการจ่ายก๊าซป้องกันไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างสมบูรณ์ ต่างจากงานเชื่อมอาร์ก การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีลักษณะเป็นหลอมเหลวในบริเวณแคบซึ่งจะแข็งตัวอย่างรวดเร็ว ดังนั้นแม้จะเกิดการหยุดชะงักเพียงเล็กน้อยในการส่งพลังงานหรือการป้องกันก๊าซ ก็อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องที่มองเห็นได้หรือข้อบกพร่องแฝงได้ ด้านล่างนี้คือการวิเคราะห์อย่างละเอียดของประเภทข้อบกพร่องทั่วไป สาเหตุรากเหง้า และมาตรการแก้ไขที่ได้ผล

ความพรุน

· สาเหตุจากกระบวนการโลหะวิทยา: ฟองก๊าซ (ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน) ถูกจับอยู่ในหลุมหลอมเหลวระหว่างการแข็งตัว โดยทั่วไปมักเกิดจากไฮโดรเจน ซึ่งมักมาจากความชื้นหรือสารไฮโดรคาร์บอนบนพื้นผิวข้อต่อ

· ปัจจัยเฉพาะที่เกิดจากรังสีเลเซอร์:

1. การทำความสะอาดไขมันไม่เพียงพอ (ของเหลวสำหรับตัด น้ำมัน หรือคราบกาว)

2. การดูดซับความชื้นจากสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง

3. การไหลเวียนของก๊าซป้องกันที่ไม่เสถียรดูดอากาศโดยรอบเข้ามา

· วิธีแก้ไข:

1. ความสะอาด: ทำความสะอาดชิ้นส่วนด้วยตัวทำละลายและทำให้แห้งทันทีก่อนเชื่อม

2. การป้องกัน: รักษาก๊าซให้ไหลแบบเรียบ (laminar flow); ใช้หัวพ่นขนาดใหญ่ขึ้นหรือตัวกระจายเพื่อป้องกันการเกิดการไหลเวียนที่ไม่เป็นระเบียบ

3. การปรับค่าพารามิเตอร์: ลดความเร็วในการเคลื่อนที่ลงเล็กน้อย เพื่อให้ก๊าซสามารถหลุดออกไปได้ก่อนที่จะเกิดการแข็งตัว; หลีกเลี่ยงความลึกของคีย์โฮลที่มากเกินไป ซึ่งอาจทำให้ก๊าซถูกกักอยู่ภายใน

รอยแตกจากความร้อน (Solidification Cracking)

· สาเหตุทางโลหะวิทยา: การมีเฟอไรต์ต่ำในรอยเชื่อมออสเทนิติกเต็มรูปแบบ ทำให้สิ่งเจือปนรวมตัวกันที่บริเวณขอบเกรนระหว่างการแข็งตัว แรงดึงเนื่องจากการหดตัวจะกระตุ้นให้เกิดรอยแตกก่อนที่การหลอมจะแข็งตัวสมบูรณ์

· ปัจจัยเฉพาะที่เกิดจากรังสีเลเซอร์:

1. ความเร็วในการเคลื่อนที่ที่สูงมากจะทำให้เกิดการแข็งตัวที่แคบและเป็นออสเทนิติกทั้งหมด

2. ยึดชิ้นงานแน่นจนเกินไป ทำให้ขัดขวางการหดตัว

· วิธีแก้ไข:

1. ด้านโลหะวิทยา: ใช้ลวดเชื่อมที่มีศักยภาพในการสร้างเฟอไรต์สูงกว่า (เช่น ER308L, ER316L) เพื่อให้มีเฟอไรต์อยู่ในช่วง 3–8%

2. การจัดการแรงเครียด: ลดการยึดตรึงในอุปกรณ์ยึดชิ้นงาน; การวางแนวรอยเชื่อมสลับกันเพื่อกระจายแรงหดตัว

3. การปรับพารามิเตอร์: หลีกเลี่ยงความเร็วสูงเกินไปในเกรดที่ไวต่อการแตกร้าว; ปรับโฟกัสลำแสงเพื่อให้ได้ลักษณะร่องเชื่อมที่กว้างขึ้นเล็กน้อย

การหลอมรวมไม่เพียงพอ / การเจาะทะลุไม่สมบูรณ์

· สาเหตุทางโลหะวิทยา: การหลอมละลายหน้าต่อหรือรากของข้อต่อไม่สมบูรณ์ เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานไม่เพียงพอ หรือการจัดตำแหน่งลำแสงไม่ถูกต้อง

· ปัจจัยเฉพาะที่เกิดจากรังสีเลเซอร์:

1. ลำแสงที่เบลอโฟกัส เนื่องจากตำแหน่งโฟกัสไม่ถูกต้อง

2. การไม่ตรงแนวระหว่างลำแสงกับแนวกลางของข้อต่อ

3. ความเร็วในการเคลื่อนที่สูงเกินไป

· วิธีแก้ไข:

1. ออพติกส์: ตรวจสอบระยะโฟกัสและตำแหน่ง; ตรวจดูการปนเปื้อนของเลนส์

2. พารามิเตอร์: เพิ่มพลังงานหรือลดความเร็วในการเคลื่อนที่; ลดแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนหากมากเกินไป

3. การประกอบชิ้นงาน: ปรับปรุงการเตรียมแนวต่อและให้มั่นใจว่าช่องว่างน้อยกว่า 0.1 มม. สำหรับการเชื่อมแบบอัตโตเจนัส

ร่องเซาะลึก / เติมเนื้อโลหะไม่เต็ม

· สาเหตุทางโลหะวิทยา: โลหะฐานละลายออกบริเวณปลายรอยเชื่อมโดยไม่มีโลหะหลอมเหลวเพียงพอเติมเต็ม

· ปัจจัยเฉพาะที่เกิดจากรังสีเลเซอร์:

1. ความหนาแน่นของพลังงานสูงร่วมกับความเร็วในการเคลื่อนที่ที่รวดเร็ว ซึ่งทำให้โลหะปลายรอยเชื่อมถูกชะล้างออกไป

2. ตำแหน่งลำแสงเบี่ยงศูนย์กลาง

· วิธีแก้ไข:

1. ลดความเร็วในการเคลื่อนที่หรือการเบี่ยงเบนของลำแสงเพื่อปรับปรุงการเปียกชื้น

2. ใช้ลวดเติมเพื่อข้ามช่องว่างหรือปรับรูปร่างของแนวเชื่อม

3. ปรับแก๊สป้องกันเพื่อหลีกเลี่ยงพลาสมาที่มากเกินไป ซึ่งจะทำให้บ่อเหลวไม่เสถียร

ความไม่เสถียรของรูเจาะ / การกระเด็น

· สาเหตุทางโลหะวิทยา: การเปลี่ยนแปลงของช่องไอน้ำ (คีย์โฮล) ส่งผลให้เกิดการยุบหรือการพุ่งออกของโลหะเหลว

· ปัจจัยเฉพาะที่เกิดจากรังสีเลเซอร์:

1. ความหนาแน่นของพลังงานที่มากเกินไปทำให้เกิดการกลายเป็นไออย่างรุนแรง

2. สิ่งปนเปื้อนทำให้การดูดซับพลังงานไม่สม่ำเสมอ

3. การเลือกใช้แก๊สป้องกันหรืออัตราการไหลที่ไม่เหมาะสม ทำให้พลาสมาไม่เสถียร

· วิธีแก้ไข:

1. ลดความหนาแน่นของกำลังไฟสูงสุดลงเล็กน้อย; ปรับตำแหน่งโฟกัสเพื่อให้เกิดความเสถียร

2. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวปราศจากออกไซด์และแห้งสนิท

3. ใช้แก๊สผสมฮีเลียมเพื่อเพิ่มความเสถียรของคีย์โฮลในโหมดการเจาะลึก

การเปลี่ยนสีและการเกิดออกซิเดชัน

· สาเหตุทางโลหะวิทยา: โครเมียมในสแตนเลสจะเกิดการออกซิเดชันเมื่อโลหะร้อนสัมผัสกับออกซิเจน ทำให้เกิดคราบสีจากการให้ความร้อน ซึ่งอาจลดความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อน

· ปัจจัยเฉพาะที่เกิดจากรังสีเลเซอร์:

1. การปกคลุมด้วยแก๊สป้องกันไม่เพียงพอระหว่างและหลังจากการเชื่อม

2. อุณหภูมิระหว่างการเชื่อมหรืออุณหภูมิขณะระบายความร้อนสูงเกินไป โดยไม่มีการป้องกันท้ายร่องเชื่อม

· วิธีแก้ไข:

1. เพิ่มการป้องกันด้วยแก๊สหลัก และเพิ่มแผ่นป้องกันท้ายร่องเชื่อม เพื่อปกคลุมบริเวณที่เย็นตัวลงเป็นเวลา 2–5 วินาที

2. ใช้แก๊สที่มีความบริสุทธิ์สูง (>99.99%)

3. ลดปริมาณความร้อนลงให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยยังคงความสามารถในการเจาะลึกไว้

การบิดงอเกินขนาด

· สาเหตุทางโลหะวิทยา: สแตนเลสมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนสูง ทำให้แม้แต่การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างแรงหดตัวได้

· ปัจจัยเฉพาะที่เกิดจากรังสีเลเซอร์:

1. ใช้พลังงานลำแสงสูงเกินไปสำหรับความหนาของข้อต่อ

2. รอยเชื่อมยาวต่อเนื่องโดยไม่มีลำดับการเชื่อมที่สมดุล

· วิธีแก้ไข:

1. ลดการป้อนความร้อนผ่านการปรับความเร็วหรือกำลัง

2. จัดลำดับการเชื่อมเพื่อสมดุลแรงเครียด

3. ใช้อุปกรณ์ยึดที่ควบคุมการหนีบได้ ซึ่งอนุญาตให้วัสดุขยายตัวได้จำกัดโดยไม่เสียการจัดแนว

ในการเชื่อมเลเซอร์กับสแตนเลส ส่วนใหญ่ข้อบกพร่องเกิดจากสาเหตุหลัก 4 ประการ ได้แก่ การปนเปื้อน การควบคุมลำแสงไม่ดี ปริมาณความร้อนไม่ถูกต้อง หรือการป้องกันไม่เพียงพอ ปัญหาโพโรซิตี้เกิดจากการปนเปื้อนหรือก๊าซถูกล้อมรอบ รอยแตกขณะร้อนเกิดจากการควบคุมเฟอไรต์ไม่ดีและแรงยึดเหนี่ยวสูง การขาดการหลอมรวมเกิดจากการเจาะทะลุไม่เพียงพอ รอยเว้าตามขอบเกิดจากการจัดแนวลำแสงไม่เหมาะสม ความไม่เสถียรของคีย์โฮลเกิดจากช่องไอน้ำที่ไม่เสถียร สีเหลืองคล้ำเกิดจากการสัมผัสกับออกซิเจน และการบิดงอเกิดจากความไม่สมดุลของความร้อน การแก้ไขควรตรงจุดเสมอ: กำจัดสาเหตุหลัก ไม่ใช่แค่อาการ โดยการแก้ไขที่ขั้นตอนการเตรียม การตั้งค่าพารามิเตอร์ และการจ่ายก๊าซป้องกัน