ระดับแรงดันจำเป็นต้องได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดตามพารามิเตอร์ต่างๆ เช่นวัสดุเชื่อม,กำลังเลเซอร์, ความเร็วในการเชื่อม, ชนิดของหัวฉีด และระยะทาง อิทธิพลของมันแสดงให้เห็นในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้:
อิทธิพลต่อผลการป้องกันของแนวเชื่อม
แรงดันอากาศต่ำ
การป้องกันไม่เพียงพอ: การไหลของก๊าซและแรงดันไม่เพียงพอที่จะขับไล่อากาศใต้หัวฉีดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้เกิดการดึงอากาศเข้าไป, การเกิดออกซิเดชัน และการเกิดไนไตรด์ของโลหะเชื่อม พื้นผิวรอยเชื่อมจะปรากฏเป็นสีเหลืองเข้ม, สีน้ำเงิน หรือแม้แต่สีดำ ในกรณีที่รุนแรง จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น รูพรุนและการรวมตัวของตะกรัน และความเหนียวและความแข็งแรงของรอยเชื่อมจะลดลงอย่างมาก
การป้องกันล้มเหลว: ไม่สามารถระงับพลาสมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ พลาสมาขยายตัวมากเกินไป ดูดซับและกระจายพลังงานเลเซอร์ ส่งผลให้ความลึกของการเจาะเชื่อมลดลง หรือแม้กระทั่งไม่สามารถดำเนินการเชื่อมต่อไปได้ (รอยเชื่อมไม่ทะลุ)
แรงดันอากาศมากเกินไป
การก่อตัวของความปั่นป่วน: การไหลของอากาศที่มากเกินไปจะเปลี่ยนจากการไหลแบบลามินาร์เป็นการไหลแบบปั่นป่วน ทำให้ดึงอากาศโดยรอบเข้าไปในพื้นที่ป้องกัน รบกวนผลการป้องกันของก๊าซ และยังทำให้รอยเชื่อมเกิดออกซิเดชัน
การรบกวนกับบ่อหลอมเหลว: การไหลของอากาศความเร็วสูงจะส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อพื้นผิวของบ่อหลอมเหลว ซึ่งอาจทำให้บ่อหลอมเหลวสั่นสะเทือนและกระเด็น ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของรอยเชื่อมที่ไม่สม่ำเสมอ พื้นผิวขรุขระ และแม้กระทั่งการรวมตัวหรือการเจาะรอยเชื่อม (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมแผ่นบาง)
2. ผลกระทบต่อการก่อตัวของรอยเชื่อมและความลึกของการเจาะ
แรงดันปานกลาง: สามารถระงับพลาสมาได้อย่างมีประสิทธิภาพและทำให้มั่นใจได้ว่าพลังงานเลเซอร์จะถูกป้อนเข้าสู่ชิ้นงานอย่างมีประสิทธิภาพ จึงทำให้ได้ความลึกของการเจาะสูงสุดและเสถียรภาพ ในเวลาเดียวกัน การไหลของอากาศที่เสถียรช่วยในการสร้างพื้นผิวรอยเชื่อมที่เรียบเนียน ต่อเนื่อง และสวยงาม
แรงดันอากาศต่ำ: เนื่องจากผลกระทบจากการป้องกันพลาสมา พลังงานเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพจึงลดลงและความลึกของการเจาะจะตื้นขึ้น
แรงดันมากเกินไป: แม้ว่าจะสามารถกระจายพลาสมาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่อาจเพิ่มความลึกของการเจาะรอยเชื่อมเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ผลกระทบที่สำคัญกว่าคือแรงเป่าของกระแสลมบนของเหลวหลอมเหลวจะเปลี่ยนรูปร่างของรอยเชื่อม ทำให้กว้างขึ้น ลดความสูงของรอยเชื่อม และแม้กระทั่งการก่อตัวของการเจาะรอยเชื่อมแบบ "คล้ายนิ้ว" ซึ่งไม่เอื้อต่อคุณสมบัติทางกล
3. ผลกระทบต่อข้อบกพร่องในการเชื่อม
รูพรุน: รูพรุนเป็นหนึ่งในข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ แรงดันที่เหมาะสมช่วยในการปล่อยไอโลหะและฟองอากาศขนาดเล็กที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเชื่อมออกจากบ่อหลอมเหลวอย่างราบรื่น จึงช่วยลดการก่อตัวของรูพรุน
แรงดันอากาศต่ำเกินไป และความสามารถในการกำจัดของก๊าซป้องกันนั้นอ่อนแอ ทำให้ก๊าซในบ่อหลอมเหลวถูกปล่อยออกได้ยาก
แรงดันมากเกินไปทำให้เกิดความปั่นป่วนและการรบกวนในบ่อหลอมเหลว ซึ่งอาจทำให้ก๊าซถูกดึงเข้าไปในบ่อหลอมเหลวหรือขัดขวางกระบวนการไอเสียตามปกติ จึงเพิ่มแนวโน้มของรูพรุนก๊าซ
การกระเด็น: แรงดันที่มากเกินไปเป็นสาเหตุหลักประการหนึ่งของการกระเด็น การไหลของอากาศความเร็วสูงส่งผลกระทบต่อบ่อหลอมเหลว พัดอนุภาคโลหะหลอมเหลวออกจากบ่อและพ่นลงบนพื้นผิวชิ้นงาน ซึ่งไม่เพียงแต่ปนเปื้อนชิ้นงานและส่งผลต่อรูปลักษณ์เท่านั้น แต่ยังนำไปสู่การสูญเสียวัสดุฐานของแนวเชื่อม ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น การตัดขอบและหลุม และลดพื้นที่รับน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพของแนวเชื่อม
III. วิธีการเลือกและปรับแรงดันอากาศให้เหมาะสม
ชนิดของก๊าซ: ฮีเลียม (He) มีพลังงานไอออไนเซชันสูงและให้ผลการระงับพลาสมาที่ดีที่สุด แรงดันที่ต้องการอาจต่ำกว่าเล็กน้อย อาร์กอน (Ar) มีน้ำหนักมากกว่าและให้การป้องกันที่ดี แต่มีความสามารถในการระงับพลาสมาที่อ่อนแอกว่า บางครั้งจำเป็นต้องใช้แรงดันที่สูงขึ้นเล็กน้อยเพื่อชดเชย ไนโตรเจน (N₂) เหมาะสำหรับเหล็กกล้าบางชนิด แต่โดยทั่วไปจะไม่ใช้สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียม เหล็กกล้าผสมสูง ฯลฯ
การออกแบบหัวฉีด: เส้นผ่านศูนย์กลาง ความสูง และมุมของหัวฉีดเป็นตัวกำหนดสนามการไหลของก๊าซและพื้นที่ครอบคลุม หัวฉีดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่ามักจะต้องใช้แรงดันและอัตราการไหลที่สูงขึ้นเพื่อรักษาผ้าม่านก๊าซป้องกันที่เพียงพอ
พารามิเตอร์การเชื่อม: กำลังเลเซอร์สูงและความเร็วในการเชื่อมสูงจะสร้างไอโลหะและพลาสมามากขึ้น และโดยปกติจะต้องใช้แรงดันที่สูงขึ้นเพื่อควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพ
การดีบักในทางปฏิบัติ: โดยปกติแล้วแรงดันที่เหมาะสมจะถูกกำหนดผ่านการทดลองกระบวนการ (DoE) หลังจากแก้ไขพารามิเตอร์อื่นๆ ทั้งหมดแล้ว โดยการเปลี่ยนค่าแรงดัน สังเกตการก่อตัว สีของแนวเชื่อม ทดสอบอัตราการเกิดรูพรุนและคุณสมบัติทางกล และจึงหาช่วงที่เหมาะสม
โดยสรุป แรงดันของก๊าซป้องกันเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่ต้องควบคุมอย่างละเอียดในกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ แรงดันที่ไม่เพียงพอจะนำไปสู่การป้องกันที่ไม่เพียงพอ ความล้มเหลวในการป้องกันพลาสมา และความลึกของรอยเชื่อมที่ตื้นขึ้น แรงดันที่สูงเกินไปจะทำให้เกิดความปั่นป่วน การรบกวนในบ่อหลอมเหลว และการกระเด็นที่เพิ่มขึ้น เฉพาะเมื่อเข้าใจกลไกการทำงานอย่างเต็มที่ โดยการรวมวัสดุ อุปกรณ์ และพารามิเตอร์กระบวนการเฉพาะ และผ่านการทดลองอย่างเป็นระบบเพื่อหาช่วงแรงดันที่เหมาะสมและเสถียร สามารถเพิ่มผลกระทบเชิงบวกของก๊าซป้องกันให้สูงสุด และได้รับแนวเชื่อมด้วยเลเซอร์คุณภาพสูงที่มีการก่อตัวที่สวยงาม ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม และไม่มีข้อบกพร่อง ดังนั้น การควบคุมขนาดแรงดันอย่างแม่นยำจึงเป็นทักษะที่จำเป็นสำหรับการผลิตการเชื่อมด้วยเลเซอร์คุณภาพสูง