ช่างเชื่อมเลเซอร์ต้องใช้แก๊สหรือไม่?

การแนะนำ

คุณสงสัยหรือไม่ว่า เครื่องเชื่อมเลเซอร์ จำเป็นต้องใช้แก๊สในการเชื่อมเสมอหรือไม่? บทบาทของการป้องกันแก๊สในการเชื่อมด้วยเลเซอร์มักเป็นเรื่องที่ถกเถียงกัน โดยบางคนคิดว่านี่เป็นทางเลือก อย่างไรก็ตาม ก๊าซมีบทบาทสำคัญในการป้องกันข้อบกพร่อง เช่น ออกซิเดชัน และรับประกันการเชื่อมที่แข็งแรงและสะอาด

ในบทความนี้ เราจะมาสำรวจว่าเหตุใดจึงต้องใช้แก๊สป้องกันในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ และเมื่อใดที่อาจไม่จำเป็น คุณจะได้เรียนรู้ประเภทของก๊าซที่ใช้ และวิธีที่ก๊าซเหล่านี้ส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อมและอายุการใช้งานของเครื่องจักร

ทำไมแก๊สจึงจำเป็นสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การปกป้องสระเชื่อมจากการเกิดออกซิเดชัน

ในระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์ โลหะหลอมเหลวจะมีปฏิกิริยาสูงและสามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่ข้อบกพร่อง เช่น ความเปราะบางและความพรุน ก๊าซป้องกันจะสร้างเกราะป้องกันรอบๆ สระเชื่อม ป้องกันการปนเปื้อนในบรรยากาศ และช่วยให้มั่นใจได้ว่ารอยเชื่อมยังคงสะอาดและแข็งแรง

การใช้แก๊สป้องกันมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อเชื่อมโลหะที่เกิดปฏิกิริยา เช่น สแตนเลส อลูมิเนียม และไทเทเนียม โลหะเหล่านี้มีความไวสูงต่อการเกิดออกซิเดชัน และหากไม่มีก๊าซ การเชื่อมก็อาจเสียหายได้ ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลไม่ดีและข้อต่ออ่อนแอ การเกิดออกซิเดชันยังทำให้เกิดการเปลี่ยนสี ซึ่งมักเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ในอุตสาหกรรมที่คุณภาพความสวยงามเป็นสิ่งสำคัญ เช่น ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์

เคล็ดลับ: สำหรับโลหะ เช่น อะลูมิเนียมและไทเทเนียม ซึ่งเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชัน ควรตรวจสอบให้แน่ใจเสมอว่ามีการใช้แก๊สป้องกันที่เหมาะสมเพื่อรักษาความแข็งแรงและความสมบูรณ์ของการเชื่อม

ทำให้ลำแสงเลเซอร์คงที่และลดการก่อตัวของพลาสมา

ที่ระดับพลังงานสูง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำแสงเลเซอร์กับวัสดุสามารถสร้างพลาสมาคลาวด์ได้ คลาวด์นี้จะดูดซับและกระจายพลังงานเลเซอร์ ทำให้ประสิทธิภาพลดลง และทำให้เจาะลึกได้ยากขึ้น ก๊าซป้องกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งก๊าซที่มีศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนสูง เช่น ฮีเลียม จะช่วยยับยั้งการก่อตัวของพลาสมา ทำให้มั่นใจได้ว่าพลังงานเลเซอร์จะถูกนำไปใช้อย่างเต็มที่ในการเชื่อมวัสดุ

ในการใช้งานที่มีกำลังสูง พลาสมาคลาวด์อาจมีความหนาแน่นมากจนป้องกันไม่ให้ลำแสงเลเซอร์เข้าถึงวัสดุ ส่งผลให้คุณภาพการเชื่อมไม่ดีและอาจนำไปสู่การทะลุทะลวงหรือฟิวชั่นที่ไม่สอดคล้องกัน ก๊าซป้องกัน เช่น ฮีเลียมหรือส่วนผสมที่มีฮีเลียมจะช่วยลดความหนาแน่นของพลาสมาได้อย่างมาก ทำให้กระบวนการเชื่อมมีประสิทธิภาพมากขึ้น และปรับปรุงคุณภาพโดยรวมของการเชื่อม

การปกป้องทัศนศาสตร์ของเครื่องเชื่อมเลเซอร์

เลนส์ของเครื่องเชื่อมเลเซอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการโฟกัสลำแสงเลเซอร์ไปที่ชิ้นงาน ในระหว่างการเชื่อม ไอโลหะ ควัน และการกระเด็นอาจทำให้เลนส์หรือส่วนประกอบทางแสงอื่นๆ เสียหายได้ ก๊าซป้องกันช่วยให้เลนส์สะอาดโดยป้องกันการสะสมของเศษบนเลนส์ หากไม่มีการป้องกันนี้ ผู้ปฏิบัติงานอาจประสบปัญหาเลนส์ขัดข้องบ่อยครั้ง ซึ่งอาจมีค่าใช้จ่ายสูงและส่งผลกระทบต่อการผลิต

เลนส์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาโฟกัสและความแม่นยำของลำแสงเลเซอร์ หากไม่มีก๊าซป้องกันที่เหมาะสม การสะสมของไอโลหะและการกระเด็นบนเลนส์อาจทำให้ลำแสงไม่ตรงแนว อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในการเชื่อมและทำให้ไม่สามารถทำการเชื่อมที่แม่นยำได้ ซึ่งอาจส่งผลให้เวลาหยุดทำงานและค่าบำรุงรักษาสูงขึ้น รวมถึงความล่าช้าในการผลิต

เมื่อไม่จำเป็นต้องใช้แก๊สในการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การใช้งานที่ไม่สำคัญและการเชื่อมด้วยเลเซอร์พลังงานต่ำ

ในการใช้งานที่ไม่สำคัญบางประเภท ซึ่งข้อบกพร่องเล็กน้อยหรือการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวเป็นที่ยอมรับได้ ก๊าซอาจไม่จำเป็น ตัวอย่างเช่น การเชื่อมชั่วคราวหรือการเชื่อมแบบสวยงามบนส่วนประกอบที่ไม่ใช่โครงสร้างมักสามารถทำได้โดยไม่ต้องป้องกันแก๊ส นอกจากนี้ การเชื่อมด้วยเลเซอร์พลังงานต่ำซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ของพลังงานน้อยที่สุด อาจสร้างพลาสมาไม่เพียงพอที่จะต้องใช้ก๊าซป้องกัน

สำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์พลังงานต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับวัสดุ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน กระบวนการเชื่อมอาจไม่ก่อให้เกิดการก่อตัวของพลาสมาเพียงพอที่จะรับประกันการใช้ก๊าซ ในกรณีเหล่านี้ ผู้ประกอบการอาจตัดสินใจข้ามการใช้น้ำมันเพื่อลดต้นทุน อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือแม้ในสถานการณ์เหล่านี้ คุณภาพการเชื่อมก็อาจลดลง และการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวยังคงเกิดขึ้นได้ ซึ่งส่งผลต่อความทนทานของการเชื่อมในระยะยาว

เคล็ดลับ: สำหรับการใช้งานชั่วคราวหรือการเชื่อมชิ้นส่วนที่ไม่สำคัญ การข้ามแก๊สอาจยอมรับได้ อย่างไรก็ตาม ควรชั่งน้ำหนักความเสี่ยงในคุณภาพการเชื่อมที่ลดลงและปัญหาระยะยาวที่อาจเกิดขึ้นเสมอ

การเชื่อมในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม

ในบางกรณี การเชื่อมจะดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม เช่น ห้องสุญญากาศหรือบรรยากาศเฉื่อย การตั้งค่าเหล่านี้สามารถขจัดความจำเป็นในการใช้ก๊าซป้องกันเพิ่มเติมได้ เนื่องจากบรรยากาศเฉื่อยหรือถูกควบคุมอยู่แล้ว ตัวอย่างเช่น การเชื่อมในสุญญากาศสามารถป้องกันการเกิดออกซิเดชันได้โดยไม่จำเป็นต้องจ่ายก๊าซแยกต่างหาก

ในทำนองเดียวกัน ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งใช้สภาพแวดล้อมในห้องปลอดเชื้อ การจ่ายอากาศที่มีการควบคุมอาจเป็นอุปสรรคต่อการเกิดออกซิเดชันเพียงพอแล้ว ในสภาวะที่มีการควบคุมดังกล่าว การใช้แก๊สป้องกันเพิ่มเติมมักไม่จำเป็นและอาจเป็นผลเสียด้วยซ้ำ เนื่องจากอาจทำให้สภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไปในทางที่ไม่พึงประสงค์ได้

การเชื่อมโลหะบางชนิด เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน

โลหะที่ไม่เกิดปฏิกิริยาบางชนิด เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน อาจไม่จำเป็นต้องใช้ก๊าซป้องกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้การตั้งค่าพลังงานต่ำ หรือหากไม่คำนึงถึงการเกิดออกซิเดชัน ในกรณีเหล่านี้ ก๊าซ เช่น อากาศอัด หรือแม้แต่ไม่มีก๊าซเลยก็อาจเพียงพอสำหรับการเชื่อมที่ยอมรับได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับวัสดุที่หนากว่าหรือการเชื่อมด้วยกำลังสูง โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้แก๊สเพื่อป้องกันข้อบกพร่อง

เหล็กกล้าคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันน้อยกว่าโลหะเช่นเหล็กกล้าไร้สนิม ดังนั้นในการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำหรือสถานการณ์ที่ยอมรับการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวได้ อาจไม่จำเป็นต้องใช้แก๊ส ซึ่งสามารถช่วยประหยัดต้นทุนได้ โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมการผลิตขนาดใหญ่ซึ่งต้นทุนการเชื่อมเป็นปัจจัยสำคัญ

ประเภทของก๊าซที่ใช้ในเครื่องเชื่อมเลเซอร์

มีการใช้ก๊าซประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับวัสดุที่กำลังเชื่อมและคุณภาพการเชื่อมที่ต้องการ การเลือกใช้แก๊สมีผลอย่างมากต่อการเจาะทะลุ ลักษณะ และคุณภาพโดยรวมของรอยเชื่อม ด้านล่างนี้คือก๊าซทั่วไปบางส่วนที่ใช้ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์:

อาร์กอน

อาร์กอนเป็นหนึ่งในก๊าซป้องกันที่ใช้กันมากที่สุดในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ มันเป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งหมายความว่ามันไม่ทำปฏิกิริยากับสระเชื่อมหลอมเหลว จึงป้องกันการเกิดออกซิเดชันได้ดีเยี่ยม อาร์กอนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น อลูมิเนียมและสแตนเลส เนื่องจากจะป้องกันการเกิดออกไซด์และให้รอยเชื่อมที่สะอาดและแข็งแรง

ฮีเลียม

ฮีเลียมใช้ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์เพื่อให้มีค่าการนำความร้อนสูง ซึ่งช่วยถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมวัสดุที่มีความหนาหรือสะท้อนแสง เช่น ทองแดงและทองเหลือง เนื่องจากให้การเจาะที่ลึกกว่าและความเร็วในการเชื่อมที่เร็วขึ้น ฮีเลียมยังช่วยยับยั้งการเกิดพลาสมาในระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์กำลังสูง

ไนโตรเจน

ไนโตรเจนมักใช้ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสแตนเลสและโลหะผสมอื่นๆ ช่วยเพิ่มการเจาะทะลุและสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของการเชื่อมได้ อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดเพื่อสร้างไนไตรด์ได้ ดังนั้น การใช้อย่างระมัดระวังจึงเป็นสิ่งสำคัญ

ส่วนผสมของแก๊ส

ในบางกรณี มีการใช้ก๊าซผสมกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเชื่อม ตัวอย่างเช่น มักใช้ส่วนผสมฮีเลียม-อาร์กอนเพื่อสร้างสมดุลในการถ่ายเทความร้อนและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ส่วนผสมเหล่านี้ได้รับการออกแบบเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานเฉพาะเพื่อให้ได้คุณภาพการเชื่อมที่ดีที่สุด

ทำไมคุณไม่ควรข้ามแก๊สในการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การทำลายเลนส์จากควันและการกระเด็น

ความเสี่ยงหลักประการหนึ่งของการข้ามก๊าซกำบังคือโอกาสที่จะทำลายเลนส์ ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ไอโลหะและการกระเด็นสามารถปล่อยออกมาได้ ซึ่งสามารถเคลือบเลนส์เลเซอร์ได้โดยไม่ต้องมีเกราะป้องกันแก๊ส ซึ่งอาจทำให้เลนส์ร้อนเกินไป แตกร้าว และเสียหาย ส่งผลให้เกิดการซ่อมแซมและการหยุดทำงานซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง

ออกซิเดชันและข้อบกพร่องที่พื้นผิว

หากไม่มีก๊าซ สแตนเลสและโลหะที่เกิดปฏิกิริยาอื่นๆ จะไวต่อการเกิดออกซิเดชัน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของ 'น้ำตาล' ซึ่งเป็นชั้นออกไซด์สีดำที่ด้านหลังของแนวเชื่อม สิ่งนี้ทำให้ความสมบูรณ์และรูปลักษณ์ที่สวยงามของโลหะลดลง หากไม่มีการป้องกันที่เหมาะสม กระบวนการเชื่อมก็อาจเสียหายอย่างรุนแรงได้

หนีความร้อน

การไม่มีก๊าซยังส่งผลต่อระบบระบายความร้อนของเครื่องเชื่อมเลเซอร์อีกด้วย ก๊าซป้องกันช่วยให้หัวฉีดและปลายทองแดงเย็นลง และหากไม่มีก๊าซดังกล่าว พลังงานเลเซอร์ที่สะท้อนกลับอาจทำให้ส่วนประกอบเหล่านี้ร้อนเกินไป ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการเสียรูปหรือความล้มเหลวของส่วนประกอบโดยสมบูรณ์ ซึ่งนำไปสู่การซ่อมแซมที่มีค่าใช้จ่ายสูงขึ้น

บทสรุป

โดยสรุป เครื่องเชื่อมเลเซอร์โดยทั่วไปต้องใช้แก๊สป้องกันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด แก๊สมีบทบาทสำคัญในการปกป้องสระเชื่อมจากการเกิดออกซิเดชัน ทำให้ลำแสงเลเซอร์มีความเสถียร และป้องกันความเสียหายต่อเลนส์ของเครื่อง แม้ว่าการใช้งานบางประเภทอาจไม่ต้องใช้แก๊ส โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมที่ใช้พลังงานต่ำหรือไม่สำคัญ แต่การใช้แก๊สป้องกันที่เหมาะสมจะทำให้การเชื่อมสะอาดขึ้น แข็งแรงขึ้น และเชื่อถือได้มากขึ้น

Nanjing Speedy Laser Technology Co., Ltd. นำเสนอเครื่องเชื่อมเลเซอร์คุณภาพสูงที่ออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการในการเชื่อมที่หลากหลาย ผลิตภัณฑ์ของบริษัทนำเสนอโซลูชั่นที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการประสิทธิภาพและความทนทานระดับสูงสุดในกระบวนการเชื่อม

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: เครื่องเชื่อมเลเซอร์จำเป็นต้องใช้แก๊สเสมอหรือไม่

ตอบ: โดยส่วนใหญ่แล้ว เครื่องเชื่อมเลเซอร์ต้องใช้ก๊าซป้องกันเพื่อปกป้องโลหะหลอมเหลว และป้องกันข้อบกพร่อง เช่น ออกซิเดชันและความพรุน อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานที่ใช้พลังงานต่ำหรือไม่สำคัญบางประเภท อาจไม่จำเป็นต้องใช้แก๊ส

ถาม: เหตุใดก๊าซป้องกันจึงมีความสำคัญสำหรับเครื่องเชื่อมเลเซอร์

ตอบ: ก๊าซชีลด์ช่วยปกป้องสระเชื่อมจากการปนเปื้อนจากก๊าซในชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ยังทำให้ลำแสงเลเซอร์คงที่และป้องกันความเสียหายต่อเลนส์ ทำให้มั่นใจได้ถึงการเชื่อมคุณภาพสูงโดยไม่มีข้อบกพร่อง

ถาม: ฉันสามารถข้ามแก๊สเมื่อเชื่อมวัสดุบางชนิดด้วยเครื่องเชื่อมเลเซอร์ได้หรือไม่

ตอบ: ได้ ในบางกรณี เช่น การเชื่อมโลหะที่ไม่เกิดปฏิกิริยา เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน หรือในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม บางครั้งก๊าซอาจถูกละเว้นได้ อย่างไรก็ตาม ไม่แนะนำให้ใช้การข้ามแก๊สสำหรับการเชื่อมกำลังสูงหรือการเชื่อมที่มีความแม่นยำ

ถาม: ก๊าซชนิดใดที่มักใช้ในเครื่องเชื่อมเลเซอร์?

ตอบ: ก๊าซทั่วไปได้แก่ อาร์กอน ฮีเลียม และไนโตรเจน อาร์กอนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านความเสถียร ในขณะที่ฮีเลียมให้การถ่ายเทความร้อนที่ดีกว่า ไนโตรเจนมักใช้ในการเชื่อมสแตนเลส

ถาม: จะเกิดอะไรขึ้นหากฉันใช้เครื่องเชื่อมเลเซอร์แบบไม่มีแก๊ส

ตอบ: หากไม่มีก๊าซป้องกัน สระเชื่อมอาจถูกปนเปื้อนด้วยออกซิเจน ทำให้เกิดออกซิเดชันและคุณภาพการเชื่อมไม่ดี นอกจากนี้ เลนส์ของเครื่องเชื่อมเลเซอร์อาจได้รับความเสียหายจากการกระเด็นและควัน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพลดลง