การเชื่อมคืออะไร?
ความสามารถในการเชื่อมของโลหะหมายถึงความสามารถในการปรับตัวของวัสดุโลหะกับกระบวนการเชื่อม ส่วนใหญ่หมายถึงความยากลำบากในการได้รอยเชื่อมคุณภาพสูงภายใต้เงื่อนไขกระบวนการเชื่อมบางประการพูดอย่างกว้างๆ แนวคิดของ "ความสามารถในการเชื่อม" ยังรวมถึง "ความพร้อมใช้งาน" และ "ความน่าเชื่อถือ"ความสามารถในการเชื่อมขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุและสภาวะของกระบวนการที่ใช้ความสามารถในการเชื่อมของวัสดุโลหะไม่คงที่ แต่พัฒนาขึ้น ตัวอย่างเช่น สำหรับวัสดุที่แต่เดิมถือว่ามีความสามารถในการเชื่อมต่ำ ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี วิธีการเชื่อมแบบใหม่ได้กลายเป็นการเชื่อมที่ง่ายขึ้น นั่นคือ ความสามารถในการเชื่อม ดีขึ้นแล้วดังนั้นเราจึงไม่สามารถออกจากเงื่อนไขของกระบวนการเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับความสามารถในการเชื่อมได้
ความสามารถในการเชื่อมประกอบด้วยสองด้าน หนึ่งคือประสิทธิภาพการเชื่อม นั่นคือ ความไวในการขึ้นรูปข้อบกพร่องในการเชื่อมภายใต้เงื่อนไขกระบวนการเชื่อมบางประการประการที่สองคือประสิทธิภาพเชิงปฏิบัติ นั่นคือ ความสามารถในการปรับตัวของรอยเชื่อมกับความต้องการใช้งานภายใต้เงื่อนไขกระบวนการเชื่อมบางประการ
วิธีการเชื่อม
1. การเชื่อมด้วยเลเซอร์(LBW)
2.การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (USW)
3. การเชื่อมแบบกระจาย (DFW)
4.เป็นต้น
1. การเชื่อมเป็นกระบวนการเชื่อมต่อวัสดุ ซึ่งโดยปกติจะเป็นโลหะ โดยการให้ความร้อนกับพื้นผิวจนถึงจุดหลอมเหลว จากนั้นปล่อยให้เย็นและแข็งตัว โดยมักมีการเติมวัสดุตัวเติมความสามารถในการเชื่อมของวัสดุหมายถึงความสามารถในการเชื่อมภายใต้สภาวะกระบวนการบางอย่าง และขึ้นอยู่กับทั้งคุณลักษณะของวัสดุและกระบวนการเชื่อมที่ใช้
2. ความสามารถในการเชื่อมสามารถแบ่งออกเป็นสองด้าน: ประสิทธิภาพร่วมกันและประสิทธิภาพเชิงปฏิบัติประสิทธิภาพการเชื่อมหมายถึงความไวของการเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อมภายใต้เงื่อนไขกระบวนการเชื่อมบางอย่าง ในขณะที่ประสิทธิภาพในทางปฏิบัติหมายถึงความสามารถในการปรับตัวของรอยต่อเชื่อมกับข้อกำหนดการใช้งานภายใต้เงื่อนไขกระบวนการเชื่อมบางอย่าง
3.มีวิธีการเชื่อมที่หลากหลาย รวมถึงการเชื่อมด้วยเลเซอร์ (LBW) การเชื่อมแบบอัลตราโซนิก (USW) และการเชื่อมแบบกระจาย (DFW) เป็นต้นการเลือกวิธีการเชื่อมขึ้นอยู่กับวัสดุที่นำมาเชื่อม ความหนาของวัสดุ ความแข็งแรงของรอยต่อที่ต้องการ และปัจจัยอื่นๆ
การเชื่อมด้วยเลเซอร์คืออะไร?
การเชื่อมด้วยเลเซอร์หรือที่เรียกว่าการเชื่อมด้วยลำแสงเลเซอร์ (“LBW”) เป็นเทคนิคในการผลิตโดยการนำวัสดุตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไป (โดยปกติจะเป็นโลหะ) มาเชื่อมเข้าด้วยกันโดยใช้ลำแสงเลเซอร์
เป็นกระบวนการที่ไม่ต้องสัมผัสซึ่งจำเป็นต้องเข้าถึงพื้นที่เชื่อมจากด้านหนึ่งของชิ้นส่วนที่กำลังเชื่อม
ความร้อนที่เกิดจากเลเซอร์จะละลายวัสดุทั้งสองด้านของข้อต่อ และเมื่อวัสดุที่หลอมละลายผสมและแข็งตัว ก็จะหลอมรวมชิ้นส่วนต่างๆ
รอยเชื่อมเกิดขึ้นเมื่อแสงเลเซอร์เข้มข้นทำให้วัสดุร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว – โดยทั่วไปจะคำนวณเป็นมิลลิวินาที
ลำแสงเลเซอร์เป็นแสงที่ต่อเนื่องกัน (เฟสเดียว) ที่มีความยาวคลื่นเดียว (สีเดียว)ลำแสงเลเซอร์มีความแตกต่างของลำแสงต่ำและมีพลังงานสูงซึ่งจะสร้างความร้อนเมื่อกระทบกับพื้นผิว
เช่นเดียวกับการเชื่อมทุกรูปแบบ รายละเอียดมีความสำคัญเมื่อใช้ LBWคุณสามารถใช้เลเซอร์ที่แตกต่างกันและกระบวนการ LBW ที่หลากหลาย และมีบางครั้งที่การเชื่อมด้วยเลเซอร์ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุด
งานเชื่อมเลเซอร์
การเชื่อมด้วยเลเซอร์มี 3 ประเภท:
1. โหมดการนำไฟฟ้า
2.โหมดการนำ/การเจาะ
3. โหมดการเจาะหรือรูกุญแจ
การเชื่อมด้วยเลเซอร์ประเภทนี้จัดกลุ่มตามปริมาณพลังงานที่ส่งไปยังโลหะคิดว่าพลังงานเหล่านี้เป็นระดับพลังงานต่ำ ปานกลาง และสูงของพลังงานเลเซอร์
โหมดการนำไฟฟ้า
โหมดการนำไฟฟ้าจะส่งพลังงานเลเซอร์ต่ำไปยังโลหะ ส่งผลให้การเจาะทะลุต่ำด้วยรอยเชื่อมที่ตื้น
เหมาะสำหรับข้อต่อที่ไม่ต้องการความแข็งแรงสูง เนื่องจากเป็นการเชื่อมแบบจุดต่อเนื่องรอยเชื่อมการนำไฟฟ้านั้นราบรื่นและสวยงาม และโดยทั่วไปแล้วรอยเชื่อมจะกว้างกว่ารอยเชื่อมลึก
โหมดการนำไฟฟ้ามีสองประเภท LBW:
1. ความร้อนโดยตรง:พื้นผิวของชิ้นส่วนถูกทำให้ร้อนโดยตรงด้วยเลเซอร์จากนั้นความร้อนจะถูกส่งไปยังโลหะ และส่วนของโลหะฐานจะหลอมละลาย หลอมรวมข้อต่อเมื่อโลหะแข็งตัว
2. การส่งพลังงาน: หมึกดูดซับพิเศษจะถูกวางไว้ที่ส่วนต่อประสานของข้อต่อหมึกนี้ใช้พลังงานของเลเซอร์และสร้างความร้อนจากนั้นโลหะที่อยู่ด้านล่างจะนำความร้อนเข้าสู่ชั้นบางๆ ซึ่งจะหลอมละลายและแข็งตัวอีกครั้งเพื่อสร้างรอยเชื่อม
โหมดการนำไฟฟ้า/การเจาะ
บางคนอาจไม่ทราบว่านี่เป็นหนึ่งในโหมดพวกเขารู้สึกว่ามีเพียงสองประเภทเท่านั้นคุณอาจนำความร้อนเข้าไปในโลหะหรือทำให้เป็นไอในช่องโลหะเล็กๆ เพื่อให้เลเซอร์ลงไปที่โลหะ
แต่โหมดการนำ/การเจาะใช้พลังงาน "ปานกลาง" และส่งผลให้มีการเจาะที่มากขึ้นแต่เลเซอร์ไม่แรงพอที่จะทำให้โลหะกลายเป็นไอเหมือนในโหมดรูกุญแจ
โหมดการเจาะหรือรูกุญแจ
โหมดนี้จะสร้างรอยเชื่อมที่ลึกและแคบบางคนเรียกมันว่าโหมดเจาะรอยเชื่อมที่ทำโดยปกติจะลึกกว่ากว้างและแข็งแรงกว่ารอยเชื่อมแบบนำไฟฟ้า
ด้วยการเชื่อม LBW ประเภทนี้ เลเซอร์กำลังสูงจะทำให้โลหะฐานกลายเป็นไอ ทำให้เกิดอุโมงค์แคบที่เรียกว่า "รูกุญแจ" ที่ยื่นลงไปในรอยต่อ“รู” นี้เป็นท่อให้เลเซอร์เจาะลึกเข้าไปในเนื้อโลหะ
โลหะที่เหมาะสมสำหรับ LBW
การเชื่อมด้วยเลเซอร์ใช้ได้กับโลหะหลายประเภท เช่น:
- เหล็กกล้าคาร์บอน
- อลูมิเนียม
- ไทเทเนียม
- โลหะผสมต่ำและเหล็กกล้าไร้สนิม
- นิกเกิล
- แพลทินัม
- โมลิบดีนัม
การเชื่อมด้วยคลื่นเสียง
การเชื่อมแบบอัลตราโซนิก (USW) เป็นการเชื่อมหรือเปลี่ยนรูปเทอร์โมพลาสติกโดยใช้ความร้อนที่เกิดจากการเคลื่อนที่เชิงกลความถี่สูงทำได้โดยการแปลงพลังงานไฟฟ้าความถี่สูงเป็นการเคลื่อนที่เชิงกลความถี่สูงการเคลื่อนไหวทางกลนั้นพร้อมกับแรงที่กระทำ ทำให้เกิดความร้อนเสียดทานที่พื้นผิวการผสมพันธุ์ของชิ้นส่วนพลาสติก (บริเวณรอยต่อ) ดังนั้นวัสดุพลาสติกจึงหลอมละลายและสร้างพันธะโมเลกุลระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ
หลักการพื้นฐานของการเชื่อมแบบอัลตราโซนิก
1.ชิ้นส่วนในฟิกซ์เจอร์: ชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกสองชิ้นที่จะประกอบเข้าด้วยกันโดยชิ้นหนึ่งวางซ้อนกันในรังที่รองรับซึ่งเรียกว่าฟิกซ์เจอร์
2.Ultrasonic Horn Contact: ส่วนประกอบไททาเนียมหรืออะลูมิเนียมที่เรียกว่า Horn สัมผัสกับชิ้นส่วนพลาสติกด้านบน
3.ใช้แรง: ใช้แรงหรือแรงดันที่ควบคุมกับชิ้นส่วนโดยยึดเข้าด้วยกันกับฟิกซ์เจอร์
4.เวลาเชื่อม: อัลตราโซนิกฮอร์นจะสั่นในแนวตั้ง 20,000 (20 กิโลเฮิรตซ์) หรือ 40,000 (40 กิโลเฮิรตซ์) ครั้งต่อวินาที ที่ระยะวัดเป็นหน่วยหนึ่งในพันของนิ้ว (ไมครอน) สำหรับระยะเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเรียกว่า เวลาเชื่อมด้วยการออกแบบชิ้นส่วนอย่างระมัดระวัง พลังงานเชิงกลแบบสั่นสะเทือนนี้จะถูกส่งตรงไปยังจุดสัมผัสที่จำกัดระหว่างสองส่วนการสั่นสะเทือนทางกลจะถูกส่งผ่านวัสดุเทอร์โมพลาสติกไปยังส่วนต่อประสานเพื่อสร้างความร้อนเสียดทานเมื่ออุณหภูมิที่ส่วนต่อประสานถึงจุดหลอมเหลว พลาสติกจะละลายและไหล และการสั่นสะเทือนจะหยุดลงสิ่งนี้ทำให้พลาสติกที่ละลายเริ่มเย็นลง
5. เวลาในการยึด: แรงยึดจะคงอยู่ตามระยะเวลาที่กำหนดไว้เพื่อให้ชิ้นส่วนหลอมรวมเมื่อพลาสติกที่หลอมละลายเย็นลงและแข็งตัวสิ่งนี้เรียกว่าเวลาพัก(หมายเหตุ: ความแข็งแรงของข้อต่อที่ดีขึ้นและความแน่นของข้อต่ออาจทำได้โดยการใช้แรงที่สูงขึ้นในช่วงเวลาพัก ซึ่งทำได้โดยใช้แรงกดคู่)
6.Horn Retracts: เมื่อพลาสติกที่ละลายแข็งตัวแล้ว แรงยึดจะถูกเอาออกและ Horn ล้ำเสียงจะถูกดึงกลับตอนนี้ชิ้นส่วนพลาสติกสองชิ้นเชื่อมต่อกันราวกับหล่อหลอมเข้าด้วยกันและถูกนำออกจากฟิกซ์เจอร์เป็นส่วนหนึ่ง
การเชื่อมแบบแพร่, DFW
กระบวนการเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยความร้อนและความดันโดยที่ผิวสัมผัสเชื่อมกันโดยการแพร่กระจายของอะตอม
กระบวนการ
ชิ้นงานสองชิ้น [1] ที่ความเข้มข้นต่างกันจะอยู่ระหว่างการกดสองครั้ง [2]แท่นพิมพ์มีลักษณะเฉพาะสำหรับแต่ละชุดของชิ้นงาน ด้วยเหตุนี้จึงต้องมีการออกแบบใหม่หากมีการเปลี่ยนแปลงการออกแบบผลิตภัณฑ์
ความร้อนเทียบเท่ากับประมาณ 50-70% ของจุดหลอมเหลวของวัสดุจะถูกส่งไปยังระบบ ซึ่งจะเพิ่มความคล่องตัวของอะตอมของวัสดุทั้งสอง
จากนั้นการกดจะกดเข้าหากัน ทำให้อะตอมเริ่มกระจายระหว่างวัสดุที่บริเวณสัมผัส [3]การแพร่กระจายเกิดขึ้นเนื่องจากชิ้นงานมีความเข้มข้นต่างกัน ในขณะที่ความร้อนและความดันจะทำให้กระบวนการง่ายขึ้นเท่านั้นดังนั้นจึงใช้แรงดันเพื่อให้วัสดุสัมผัสพื้นผิวใกล้ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อให้อะตอมกระจายตัวได้ง่ายขึ้นเมื่อกระจายอะตอมได้ตามสัดส่วนที่ต้องการ ความร้อนและความดันจะถูกขจัดออกและกระบวนการสร้างพันธะจะเสร็จสิ้น