ในกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบมือถือ ลำแสงเลเซอร์จะถูกโฟกัสโดยระบบออปติคัลเพื่อสร้างบริเวณที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงบนพื้นผิวของชิ้นงานหรือภายในวัสดุ ตำแหน่งโฟกัสเป็นตัวกำหนดการกระจายพลังงานต่อหน่วยพื้นที่ สัณฐานวิทยาของบ่อหลอมเหลว และคุณภาพการก่อตัวของรอยเชื่อม และเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์กระบวนการหลักที่มีผลต่อเสถียรภาพในการเชื่อมและคุณภาพของรอยเชื่อม
ตำแหน่งโฟกัสมักจะอ้างอิงถึงพื้นผิวชิ้นงานเป็นจุดศูนย์ และสามารถแบ่งออกเป็นโฟกัสบวก โฟกัสลบ และสถานะโฟกัสที่ไม่ได้โฟกัส
1. ลักษณะการเชื่อมโดยมีโฟกัสบนพื้นผิวชิ้นงาน (ศูนย์โฟกัส)
เมื่อโฟกัสเลเซอร์อยู่ที่พื้นผิวชิ้นงาน เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดเลเซอร์จะน้อยที่สุดและความหนาแน่นของพลังงานจะสูงสุด ประสิทธิภาพการจับคู่ระหว่างเลเซอร์และวัสดุจะสูง
ลักษณะการเชื่อมมีดังนี้:
การเริ่มต้นบ่อหลอมเหลวอย่างรวดเร็วและกระบวนการเชื่อมที่เสถียร
รอยเชื่อมแคบที่มีขอบเขตที่ชัดเจน
ความลึกของการเจาะที่เข้มข้นและประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง
เหมาะสำหรับวัสดุบางและงานเชื่อมที่มีความแม่นยำ
ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบมือถือ การรักษาโฟกัสบนพื้นผิวต้องใช้เสถียรภาพในการทำงานสูง การเปลี่ยนแปลงความสูงของหัวเชื่อมในระหว่างการเชื่อมอาจทำให้ความลึกของการเจาะและสัณฐานวิทยาของรอยเชื่อมผันผวนได้ง่าย
2. ปรากฏการณ์การเชื่อมภายใต้สภาวะโฟกัสบวก
โฟกัสบวกหมายถึงสภาวะที่โฟกัสเลเซอร์อยู่ในตำแหน่งต่ำกว่าพื้นผิวชิ้นงาน ซึ่งหมายความว่าจุดโฟกัสอยู่ภายในวัสดุ
ปรากฏการณ์การเชื่อมประกอบด้วย:
ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์สูงสุดเกิดขึ้นภายในวัสดุ
ความลึกของการเจาะเพิ่มขึ้นและอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างสูงขึ้น
ผลกระทบของรูเข็มเด่นชัดขึ้นพร้อมกับการเจาะรอยเชื่อมตามยาวที่เพิ่มขึ้น
บ่อหลอมเหลวบนพื้นผิวค่อนข้างจำกัดและลักษณะรอยเชื่อมแคบลง
โฟกัสบวกเหมาะสำหรับการเชื่อมแผ่นหนาปานกลางถึงหนา หรือการใช้งานที่ต้องการการเจาะที่มากขึ้น ในการเชื่อมแบบมือถือ โฟกัสบวกช่วยปรับปรุงความทนทานต่อกระบวนการ อย่างไรก็ตาม ความลึกของโฟกัสที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การหลอมรวมพื้นผิวไม่เพียงพอหรือการก่อตัวของรอยเชื่อมที่ไม่สมบูรณ์
3. ปรากฏการณ์การเชื่อมภายใต้สภาวะโฟกัสลบ
โฟกัสลบหมายถึงสภาวะที่โฟกัสเลเซอร์อยู่เหนือพื้นผิวชิ้นงาน ซึ่งหมายความว่าลำแสงเลเซอร์เริ่มเบี่ยงเบนก่อนที่จะถึงวัสดุ
ปรากฏการณ์การเชื่อมประกอบด้วย:
เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดขยายใหญ่ขึ้นและความหนาแน่นของพลังงานลดลง
ความกว้างของรอยเชื่อมเพิ่มขึ้นและความลึกของการเจาะลดลง
ผลกระทบของรูเข็มอ่อนลงหรือถูกกำจัด
ความเรียบของพื้นผิวของรอยเชื่อมดีขึ้น
ภายใต้สภาวะโฟกัสลบ การกระจายพลังงานเลเซอร์มีความสม่ำเสมอมากขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับการเชื่อมทับซ้อนแผ่นบางและการใช้งานที่มีข้อกำหนดด้านลักษณะพื้นผิวสูง ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบมือถือ โฟกัสลบปานกลางช่วยลดการกระเด็นและยับยั้งการทะลุ
4. ลักษณะการเชื่อมภายใต้สภาวะที่ไม่ได้โฟกัส
การไม่ได้โฟกัสหมายถึงสภาวะที่โฟกัสอยู่ในตำแหน่งที่ห่างจากพื้นผิวชิ้นงาน ไม่ว่าจะอยู่ในทิศทางบวกหรือลบ ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานลดลงอย่างมาก
ลักษณะการเชื่อมประกอบด้วย:
ความยากในการสร้างหรือรักษาสระหลอมเหลวที่เสถียร
การเจาะไม่เพียงพอและความเสี่ยงสูงของการขาดการหลอมรวม
รอยเชื่อมกว้างและตื้นที่มีการก่อตัวหลวม
ความไวสูงของกระบวนการเชื่อมต่อการเปลี่ยนแปลงความเร็วในการเดินทาง
สภาวะที่ไม่ได้โฟกัสโดยทั่วไปไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมที่เสถียร และส่วนใหญ่ใช้ในกระบวนการให้ความร้อนต่ำหรือกระบวนการให้ความร้อนพื้นผิวพิเศษ ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบมือถือ การไม่ได้โฟกัสมากเกินไปจะช่วยลดความสม่ำเสมอในการเชื่อมอย่างมาก
5. การเปรียบเทียบผลการเชื่อมภายใต้สถานะโฟกัสที่แตกต่างกัน
เมื่อเทียบกับโฟกัสที่อยู่บนพื้นผิวชิ้นงาน:
โฟกัสบวกช่วยปรับปรุงการเจาะและความสามารถในการเชื่อม เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงของโครงสร้างสูง
โฟกัสลบเพิ่มความกว้างของรอยเชื่อม ปรับปรุงลักษณะพื้นผิว และลดความเสี่ยงของการรวมพลังงานมากเกินไป
การไม่ได้โฟกัสจะลดความหนาแน่นของพลังงานโดยรวมและไม่เอื้อต่อการเชื่อมที่เสถียร
ในการใช้งานจริง ควรปรับตำแหน่งโฟกัสร่วมกับชนิดของวัสดุ ความหนาของแผ่น ความเร็วในการเชื่อม และกำลังเลเซอร์
6. ความสำคัญของกระบวนการของตำแหน่งโฟกัสในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบมือถือ
การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบมือถือมีความต้องการสูงในด้านเสถียรภาพในการทำงานและความทนทานต่อกระบวนการ การเลือกตำแหน่งโฟกัสที่เหมาะสมมีบทบาทสำคัญในด้านต่างๆ ดังนี้:
ปรับปรุงเสถียรภาพในการเชื่อมและลดผลกระทบจากการเคลื่อนไหวของผู้ปฏิบัติงาน
สร้างสมดุลระหว่างความลึกของการเจาะและการก่อตัวของรอยเชื่อม
ลดการกระเด็นและการเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อม
เพิ่มความสามารถในการปรับตัวในสภาวะการเชื่อมที่ซับซ้อน
การปรับตำแหน่งโฟกัสมักจะทำได้โดยการควบคุมความสูงของหัวเชื่อมหรือการปรับระบบโฟกัส และเป็นขั้นตอนหลักในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบมือถือ