เทคโนโลยีเลเซอร์

ระบบการเชื่อมด้วยเลเซอร์ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดเลเซอร์ เส้นใยนำแสงสำหรับการส่งผ่าน หัวโฟกัสแบบคอลลิเมติง หรือกล้องสแกนแบบแกลวาโนมิเตอร์ เป็นต้น แสงที่ออกมาจากเส้นใยนำแสงมีลักษณะกระจายออก (divergent) จึงจำเป็นต้องใช้เลนส์คอลลิเมติงเพื่อทำให้แสงกลายเป็นลำแสงขนาน จากนั้นจึงใช้เลนส์โฟกัสเพื่อรวมแสงให้จุดเดียว (ผลคล้ายแว่นขยาย) พารามิเตอร์หลักที่ต้องปรับแต่งระหว่างการทดสอบและปรับระบบการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ได้แก่ กำลังไฟฟ้า ความเร็วในการเชื่อม ระยะโฟกัสที่เบี่ยงเบน (defocusing amount) และก๊าซป้องกัน

โดยทั่วไปแล้ว ก่อนที่จะกำหนดพารามิเตอร์สำหรับชิ้นงาน จำเป็นต้องกำหนดความเร็วในการประมวลผลก่อนเป็นอันดับแรก ซึ่งต้องอาศัยการสื่อสารกับลูกค้าเพื่อกำหนดความเร็วตามความต้องการของพวกเขา เช่น หากมีข้อกำหนดเกี่ยวกับระยะเวลาของรอบการผลิตและปริมาณการผลิต สามารถประมาณความเร็วได้โดยการคำนวณย้อนกลับจากข้อกำหนดเหล่านั้น จากนั้นจึงปรับแต่งกระบวนการให้เหมาะสมตามค่าความเร็วนั้น

โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วที่สูงเกินไปจะส่งผลให้เกิดลักษณะรูปตัววี (V-shaped) ดังแสดงในภาพ

กำลัง: หมายถึงกำลังของเลเซอร์ที่ใช้ในการเชื่อม ซึ่งมักตั้งค่าผ่านรูปคลื่น (waveform) การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการแปลงพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนและการดูดซับความร้อน ดังนั้น การควบคุมรูปคลื่นและกำลังจึงต้องอาศัยประสบการณ์อย่างมาก วัสดุที่ต่างกัน ความหนาของวัสดุ ประเภทของการเชื่อม และอุปกรณ์ที่ใช้ ล้วนมีผลทำให้ค่าที่เหมาะสมแตกต่างกันออกไป เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด จำเป็นต้องใส่ใจอย่างใกล้ชิดต่อพลังงานที่ใช้ โดยการเปลี่ยนแปลงรูปคลื่นจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของพลังงานต่อหน่วย ซอฟต์แวร์โดยทั่วไปมักมีการตั้งค่าดังกล่าวไว้ ซึ่งสามารถตรวจสอบและบันทึกข้อมูลเพื่อสะสมความรู้เกี่ยวกับผลกระทบของวัสดุแต่ละชนิดต่อการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน การควบคุมรอยร้าวโดยทั่วไปต้องอาศัยประสบการณ์มากเป็นพิเศษ ลักษณะโลหะวิทยาที่สัมพันธ์กับค่ากำลังในการเชื่อมแบบแนวตรง (straight seam welding) ได้แก่ ความลึกของการเชื่อมและความกว้างของการเชื่อม หากความลึกหรือความกว้างของการเชื่อมมีค่าน้อยเกินไป ควรเพิ่มพลังงานที่ใช้ หากมีค่ามากเกินไป ควรลดพลังงานที่ใช้

ระดับพลังงานที่ต่างกันส่งผลโดยตรงต่อความลึกของการหลอมละลาย ดังแสดงในรูป ซึ่งเป็นภาพโลหะวิทยาของความลึกการหลอมละลายที่ระดับพลังงานต่าง ๆ

พลังงานไม่เพียงพอ มักส่งผลให้เกิดรอยเชื่อมบางส่วนหรือรอยเชื่อมไม่สมบูรณ์ ดังแสดงในภาพ โดยมีเพียงชั้นผิวบาง ๆ เท่านั้นที่หลอมละลาย และมีความลึกในการแทรกซึมตื้นมาก จึงยากที่จะตอบสนองข้อกำหนดของกระบวนการ

การเลื่อนจุดโฟกัส: ประการแรก ความหนาแน่นพลังงานของลำแสงเลเซอร์ไม่สม่ำเสมอในทุกตำแหน่ง โดยพลังงานจะเข้มข้นที่สุดที่จุดโฟกัส ทำให้เกิดจุดขนาดเล็กที่สุด (พื้นที่ที่ลำแสงเลเซอร์กระทำมีขนาดเล็กกว่า และพลังงานมีความเข้มข้นมากกว่า) ดังนั้น การปรับแต่งพารามิเตอร์ทั้งหมดจึงมีความหมายก็ต่อเมื่อกำหนดจุดโฟกัสได้แล้วเท่านั้น ดังนั้น การหาจุดโฟกัสจึงมีความสำคัญยิ่งและเป็นงานที่ต้องอาศัยทักษะทางเทคนิคสูง

ก๊าซป้องกัน: มีก๊าซป้องกันหลายประเภท ในสายการผลิตอุตสาหกรรมมักใช้ไนโตรเจนเพื่อควบคุมต้นทุน ขณะที่อาร์กอนเป็นก๊าซหลักที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ ก๊าซเฉื่อยอื่นๆ เช่น ฮีเลียม ก็ถูกใช้งานเช่นกัน โดยทั่วไปแล้วก๊าซทั้งสองชนิดนี้มักใช้ในสถานการณ์พิเศษเท่านั้น เนื่องจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงและรุนแรงมาก ทำให้โลหะหลอมละลายและระเหยไป โลหะมีความไวสูงมากเมื่ออยู่ที่อุณหภูมิสูง และเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนจะเกิดปฏิกิริยาอย่างรุนแรง ส่งผลให้เกิดการกระเด็นจำนวนมากและผิวของการเชื่อมมีลักษณะหยาบและไม่เรียบสม่ำเสมอ ดังนั้น ก๊าซป้องกันจึงถูกใช้เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนในบริเวณเล็กๆ (ใกล้กับแอ่งโลหะหลอมเหลว) เพื่อป้องกันปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างรุนแรงที่อาจทำให้คุณภาพการเชื่อมต่ำและผิวนอกหยาบ

หากก๊าซป้องกันมีปริมาณมากเกินไป จะพัดพาแอ่งโลหะหลอมเหลวออกไป; หากมีปริมาณน้อยเกินไป ก็จะไม่สามารถป้องกันแอ่งโลหะหลอมเหลวจากออกซิเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงจำเป็นต้องปรับค่าอย่างยืดหยุ่นตามสภาพการทำงานจริงในสถานที่