เวลาอ่านโดยประมาณ: 24 นาที

เพื่อขจัดหรือลดข้อบกพร่องของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ จึงมีการนำเสนอแหล่งความร้อนอื่นๆ และกระบวนการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ ส่วนใหญ่รวมถึงเลเซอร์และอาร์ค เลเซอร์และอาร์คพลาสม่า เลเซอร์และการเชื่อมแบบไฮบริดจากแหล่งความร้อนเหนี่ยวนำ และการเชื่อมแบบหลายบีม นอกจากนี้ยังมีการเสนอมาตรการเสริมต่างๆ ในกระบวนการ เช่น การเชื่อมลวดเชื่อมด้วยเลเซอร์ (ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นการเชื่อมด้วยลวดเย็นและการเชื่อมด้วยลวดร้อน) การเชื่อมด้วยเลเซอร์เสริมด้วยสนามแม่เหล็กภายนอก การป้องกันการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ควบคุมด้วยแก๊ส ช่วยเชื่อมแรงเสียดทานกวน ฯลฯ

หลักการและการจัดประเภทแหล่งความร้อนของการเชื่อมด้วยเลเซอร์อาร์คไฮบริด

หลักการของการเชื่อมด้วยเลเซอร์อาร์คไฮบริด

เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์อาร์คแบบไฮบริดได้รับการเสนอครั้งแรกโดยนักวิชาการชาวอังกฤษ WM Steen ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 แนวคิดหลักคือการใช้ความร้อนอาร์คอย่างมีประสิทธิภาพ “ส่วนโค้ง” ที่กล่าวถึงในที่นี้ส่วนใหญ่หมายถึงส่วนโค้งของทังสเตน (TIG) และส่วนโค้งของอาร์กอนที่หลอมละลาย (MIG/MAG) หรือที่เรียกว่าเลเซอร์-TIG/MIG; เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริด อุปกรณ์ "การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG" ที่จัดแสดงโดย Austrian Fronuis ที่งาน Essen International Welding Exhibition ในปี 2544 ได้รับความสนใจอย่างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากความต้องการของอุตสาหกรรมการผลิต จึงค่อยๆ กลายเป็นจุดสนใจของชุมชนการเชื่อมระหว่างประเทศและได้รับความสนใจ

เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คคือการดำเนินการพร้อมกันในพื้นที่เชื่อมด้วยเลเซอร์และส่วนโค้ง MIG ด้วยอิทธิพลร่วมกันของเลเซอร์และอาร์คทำให้เกิดเอฟเฟกต์คอมโพสิตที่ดีและได้การเจาะที่มากขึ้นภายใต้สภาวะพลังงานเลเซอร์ที่เล็กกว่าและเลเซอร์ก็ได้รับการปรับปรุงในเวลาเดียวกัน ความสามารถในการปรับตัวของการเชื่อมกับช่องว่างของรอยต่อทำให้กระบวนการเชื่อมมีประสิทธิภาพและคุณภาพสูง รูปที่ 1.1 แสดงหลักการของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คและรูปร่างหน้าตัดของรอยเชื่อมทั่วไป

เลเซอร์ทำหน้าที่บนพื้นผิวโลหะ และเมฆพลาสมาภาพถ่ายถูกสร้างขึ้นเหนือรอยเชื่อมอันเนื่องมาจากการกระทำของเลเซอร์ การดูดกลืนและการกระเจิงของเลเซอร์ตกกระทบโดยเมฆพลาสม่าจะลดอัตราการใช้พลังงานเลเซอร์ลง หลังจากอาร์คถูกนำไปใช้ อาร์คพลาสม่าที่อุณหภูมิต่ำและความหนาแน่นต่ำจะทำให้พลาสมาที่เกิดจากภาพถ่ายถูกเจือจาง และประสิทธิภาพการส่งผ่านพลังงานเลเซอร์จะดีขึ้น ในเวลาเดียวกัน ส่วนโค้งจะทำให้วัสดุฐานร้อนขึ้น เพื่อให้อุณหภูมิของวัสดุฐานเพิ่มขึ้น และอัตราการดูดกลืนแสงของวัสดุฐานต่อเลเซอร์จะเพิ่มขึ้น การเจาะเพิ่มขึ้น

การหลอมโลหะให้อิเล็กตรอนอิสระสำหรับส่วนโค้ง ลดความต้านทานของช่องอาร์ค และเพิ่มอัตราการใช้พลังงานของส่วนโค้ง ในที่สุด อัตราการใช้พลังงานทั้งหมดก็เพิ่มขึ้น และความลึกในการเจาะก็เพิ่มขึ้นอีก เมื่อลำแสงเลเซอร์ผ่าน MIG ความสามารถในการเจาะโลหะจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับบรรยากาศทั่วไป ลำแสงเลเซอร์ยังโฟกัสและนำทางส่วนโค้ง ซึ่งทำให้ส่วนโค้งมีความเสถียรมากขึ้นในระหว่างกระบวนการเชื่อม

ในเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบไฮบริด เทคโนโลยีการเชื่อมแบบเลเซอร์อาร์คแบบไฮบริดมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น วัตถุประสงค์หลักคือการใช้พลังงานอาร์คอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้ความลึกในการเจาะที่ใหญ่ขึ้น และลดความแม่นยำในการประกอบของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ตัวอย่างเช่น การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ TIG/MIG ที่ประกอบด้วยเลเซอร์และส่วนโค้ง TIG/MIG สามารถทำให้เกิดการเชื่อมแบบเจาะทะลุขนาดใหญ่ภายใต้สภาวะของพลังงานเลเซอร์ที่ต่ำกว่า และการป้อนความร้อนจะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับส่วนโค้ง TIG/MIG

เมื่อทำการเชื่อมชิ้นส่วนโลหะ ความหนาแน่นของพลังงานของลำแสงเลเซอร์ที่ส่งออกโดยเลเซอร์ YAG จะอยู่ที่ประมาณ 106W/cm2 เมื่อลำแสงเลเซอร์ตกกระทบพื้นผิวของวัสดุ พื้นผิวที่ร้อนจะไปถึงอุณหภูมิการระเหยทันที และเนื่องจากการกระทำของไอโลหะที่ไหล รูจะถูกสร้างขึ้นในโลหะเชื่อม ทำให้ได้อัตราส่วนกว้างยาวในการเชื่อม ความหนาแน่นของพลังงานของส่วนโค้ง MIG นั้นมากกว่า 10 . เล็กน้อย⁴กว้าง/ซม.²ซึ่งสามารถเชื่อมได้กว้างขึ้นโดยมีอัตราส่วนกว้างยาวเล็ก จากหลักการของการเชื่อมด้วยเลเซอร์อาร์คแบบไฮบริด [ภาพที่ 3.1(a)] จะเห็นได้ว่าลำแสงเลเซอร์และส่วนโค้งถูกรวมเข้าด้วยกันในบริเวณเดียวกันของจุดเชื่อม และทั้งสองมีอิทธิพลต่อกันซึ่งดีขึ้น อัตราการใช้พลังงาน สัณฐานวิทยาของการเชื่อมของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG แสดงไว้ในรูปที่ 3.1(b) ซึ่งดีกว่าผลการเชื่อมของแหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียว

เมื่อเชื่อมด้วยเลเซอร์เดี่ยว เส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์มีขนาดเล็ก และช่องว่างในการประกอบร่องจะต้องมีขนาดเล็ก ความแม่นยำในการติดตามรอยเชื่อมจำเป็นต้องสูงและประสิทธิภาพเชิงความร้อนต่ำมากเมื่อไม่เกิดบ่อหลอมเหลว การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คสามารถชดเชยข้อบกพร่องเหล่านี้ได้ ซึ่งสามารถสะท้อนให้เห็นในแง่มุมต่อไปนี้

• การเชื่อมด้วยเลเซอร์และการเชื่อม MIG ถูกรวมเข้าด้วยกัน ความกว้างของสระหลอมเหลวเพิ่มขึ้น ความต้องการสำหรับการประกอบร่องจะลดลง และรอยเชื่อมนั้นง่ายต่อการติดตาม
• อาร์กการเชื่อม MIG จะทำให้พื้นผิวของรอยเชื่อมร้อนขึ้นเพื่อสร้างแอ่งหลอมเหลว ซึ่งสามารถเพิ่มอัตราการดูดซึมของรังสีเลเซอร์ กระแสลมของการเชื่อม MIG ยังสามารถป้องกันไอโลหะที่ถูกกระตุ้นด้วยลำแสงเลเซอร์ โลหะเหลวที่เกิดจากลวดหลอมของการเชื่อม MIG สามารถเติมรอยเชื่อม หลีกเลี่ยงการตัดราคา
• พลาสม่าที่สร้างโดยเลเซอร์ช่วยเพิ่มความสามารถในการจุดระเบิดและการบำรุงรักษาของส่วนโค้ง MIG และส่วนโค้งคอมโพสิต Laser-MIG มีความเสถียรมากขึ้น

กล่าวโดยสรุป ปฏิกิริยาระหว่างเลเซอร์กับส่วนโค้ง MIG นั้นเสริมและเสริมความแข็งแกร่ง และสามารถรับผลการเชื่อมที่ดีขึ้น

ตัวอย่างเช่น ที่ความเร็วการเชื่อม 2 เมตร/นาที ลำแสงเลเซอร์ที่มีกำลัง 0.2KW และส่วนโค้ง TIG ที่มีกระแสเชื่อม 90A สามารถรวมกันเพื่อเชื่อมรอยเชื่อมที่มีความลึกในการเจาะ 1 มม. ซึ่งมักจะต้องใช้ลำแสงเลเซอร์ ด้วยกำลัง 5KW. มีผลเช่นเดียวกัน นอกจากนี้ เมื่อลำแสงเลเซอร์แบบต่อเนื่องอยู่ห่างจากเส้นแนวศูนย์กลางของส่วนโค้งประมาณ 3 ~ 5 มม. ก็จะสามารถดึงดูดส่วนโค้งและทำให้มันเผาไหม้ได้อย่างเสถียร ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเร็วในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ การรวมกันของเลเซอร์และส่วนโค้งไม่ใช่การซ้อนทับกันของกระบวนการเชื่อมทั้งสองแบบ ไม่เพียงแต่ช่วยให้แหล่งความร้อนทั้งสองแห่งได้เปรียบอย่างเต็มที่ แต่ยังชดเชยข้อบกพร่องของกันและกัน โดยตระหนักถึงผลการทำงานร่วมกัน "1+1>2" ทำให้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการเชื่อมที่มีประสิทธิภาพสูงที่มีแนวโน้มมากที่สุด ในการผลิตภาคอุตสาหกรรม

การจำแนกแหล่งความร้อนด้วยเลเซอร์อาร์คคอมโพสิต

การรวมกันของเลเซอร์และอาร์กสามารถให้ประโยชน์อย่างเต็มที่กับข้อดีของแหล่งความร้อนทั้งสอง และชดเชยข้อบกพร่องของกันและกัน ทำให้เกิดแหล่งความร้อนใหม่ คุณภาพสูง ประสิทธิภาพสูง และประหยัดพลังงาน ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน การเชื่อมด้วยเลเซอร์อาร์คไฮบริดมีความสามารถในการปรับตัวได้ดีกว่าการเชื่อมเดี่ยวหรือการเชื่อม TIG/MIG และความสามารถในการขึ้นรูปของรอยเชื่อมนั้นดีกว่า การเชื่อมด้วยเลเซอร์อาร์คแบบไฮบริดได้เข้าสู่ขั้นตอนของการใช้งานทางอุตสาหกรรมในประเทศที่พัฒนาแล้ว เช่น เยอรมนีและญี่ปุ่น

เลเซอร์ที่ใช้ในแหล่งความร้อนคอมโพสิตอาร์คเลเซอร์โดยทั่วไปรวมถึงCO₂ เลเซอร์ก๊าซ เลเซอร์โซลิดสเตต YAG เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ และไฟเบอร์เลเซอร์ ตามประเภทของส่วนโค้ง แหล่งกำเนิดความร้อนจากคอมโพสิตเลเซอร์และอาร์คส่วนใหญ่ประกอบด้วยคอมโพสิต TIG เลเซอร์ MIG/MAG คอมโพสิตเลเซอร์คู่ เลเซอร์พลาสม่าคอมโพสิต และอื่น ๆ

แหล่งความร้อนคอมโพสิต Laser-TIG

การวิจัยที่เก่าแก่ที่สุดเกี่ยวกับแหล่งความร้อนจากคอมโพสิตเลเซอร์อาร์คเริ่มต้นจากการรวมตัวแบบพาราแอกเชียลของCO₂ TIG เลเซอร์และอิเล็กโทรดที่ไม่ละลาย กระบวนการผสมของเลเซอร์และ TIG arc นั้นค่อนข้างง่าย ลำแสงและส่วนโค้งสามารถจัดเรียงแบบโคแอกเชียลหรือบนแกนด้านข้าง มุมระหว่างลำแสง, ขนาดของกระแสอาร์คและรูปแบบอินพุต, กำลังเลเซอร์, ทิศทางของการจัดเรียง, ระยะทางของการกระทำ, ความสูงของส่วนโค้ง, การไหลของก๊าซป้องกัน ฯลฯ เป็นหลัก ปัจจัยที่ส่งผลต่อผลกระทบของการเชื่อมแบบไฮบริด

รูปที่ 1.2 แสดงแผนผังของ laser-TIG การเชื่อมแบบไฮบริด. แหล่งความร้อนคอมโพสิต Laser-TIG สามารถรับส่วนโค้งที่เสถียรภายใต้สภาวะการเชื่อมที่รวดเร็ว และรอยเชื่อมนั้นถูกสร้างขึ้นอย่างสวยงามพร้อมทั้งลดข้อบกพร่องในการเชื่อม เช่น รูพรุน การรวมตัว และรอยบาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่กระแสไฟต่ำ ความเร็วในการเชื่อมสูง และอาร์คยาว ความเร็วในการเชื่อมของแหล่งความร้อนคอมโพสิตเลเซอร์-TIG สามารถเข้าถึงได้มากกว่าสองเท่าของการเชื่อมด้วยเลเซอร์เดี่ยว ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับการเชื่อม TIG แบบทั่วไป แหล่งความร้อนคอมโพสิตอาร์คเลเซอร์-TIG ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการเชื่อมด้วยความเร็วสูงของแผ่นบาง ๆ และยังสามารถใช้สำหรับการเชื่อมรอยชนของแผ่นความหนาไม่เท่ากัน สามารถใช้โลหะฟิลเลอร์เมื่อเชื่อมแผ่นช่องว่างขนาดใหญ่

จากการศึกษาพบว่าเมื่อความเร็วในการเชื่อมเท่ากับ 0.5-5 เมตร/นาที การเจาะในการเชื่อมด้วยลำแสงเลเซอร์ 5KW และส่วนโค้ง TIG จะอยู่ที่ 1.3~2 เท่าของลำแสงเลเซอร์เพียง 5KW เพียงอย่างเดียว และไม่มีการตัดใต้หรือความพรุนในรอยเชื่อม ข้อบกพร่อง หลังจากเลเซอร์อาร์คคอมโพสิต ความหนาแน่นกระแสของมันถูกปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ

Laser-MIG/MAG แหล่งความร้อนคอมโพสิต

การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG/MAG เป็นวิธีการเชื่อมโดยใช้แหล่งความร้อนแบบคอมโพสิตที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านยานยนต์และการต่อเรือ การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ MIG/MAG ใช้ข้อดีของลวดเชื่อม MIG/MAG ซึ่งสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางโลหะของการเชื่อมและโครงสร้างในขณะที่เพิ่มการเจาะและการปรับตัวในการเชื่อม

รูปที่ 1.3 แสดงแผนผังของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG/MAG เนื่องจากการเชื่อมแหล่งความร้อนคอมโพสิตด้วยเลเซอร์-MIG/MAG มีปัญหา เช่น การป้อนลวดและการถ่ายเทหยด กระบวนการทางกายภาพของการเชื่อมจึงซับซ้อนกว่าการเชื่อมแหล่งความร้อนคอมโพสิตด้วยเลเซอร์-TIG หรือเลเซอร์-PAW และส่วนใหญ่ใช้การเชื่อมแบบคอมโพสิตแกนข้าง

รูปที่ 1.4 แสดงหัวเชื่อมเลเซอร์ MIG คอมโพสิตสองประเภทที่แตกต่างกัน บางบริษัทเชี่ยวชาญในการออกแบบและผลิตหัวเชื่อมแบบผสม Laser-MIG/MAG ลวดเชื่อม MIG และก๊าซป้องกันจะถูกป้อนเข้าไปในพื้นที่เชื่อมในมุมหนึ่งและเฉียง ลวดเชื่อมหลอมโดยทำให้เกิดหยดเปลี่ยนแนวแกน จากนั้นหยดและโลหะฐานจะถูกให้ความร้อนและหลอมด้วยเลเซอร์และส่วนโค้งร่วมกันเพื่อสร้างสระเชื่อม เนื่องจากมีลวดเติมอยู่จึงสามารถเพิ่มการเจาะเชื่อม เพิ่มความสามารถในการปรับตัวของกระบวนการ และปรับปรุงโครงสร้างและคุณสมบัติของการเชื่อม

หากตั้งค่าพารามิเตอร์กระบวนการไม่ถูกต้อง ลวดเชื่อมและหยดหลอมเหลวสามารถทำให้เกิดการรบกวนกับเลเซอร์ได้ง่าย และส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม หากการฉายรังสีของเลเซอร์บนพื้นผิวของชิ้นงานถึงระดับการฉายรังสีที่สำคัญของการกลายเป็นไอของวัสดุ เอฟเฟกต์รูเข็มและพลาสมาที่เกิดจากภาพถ่ายจะถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ทราบถึงกระบวนการเชื่อมแบบเจาะลึก เมื่อเทียบกับการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-TIG การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG/MAG มีแนวโน้มในการใช้งานที่ดี ซึ่งสามารถเชื่อมด้วยความหนาของแผ่นที่ใหญ่ขึ้นและความสามารถในการเชื่อมที่แข็งแรงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากส่วนโค้งของ MIG/MAG มีข้อดีของทิศทางที่แข็งแกร่งและการทำให้เป็นละอองของแคโทด จึงเหมาะสำหรับการเชื่อมเพลตที่มีความหนาขนาดใหญ่และโลหะผสมอะลูมิเนียม และโลหะที่ทนต่อเลเซอร์อื่นๆ

การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG ใช้ข้อดีของลวดเติมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางโลหะวิทยาและโครงสร้างจุลภาคของโลหะเชื่อม และมักใช้สำหรับการเชื่อมแผ่นขนาดกลางและแผ่นหนา ดังนั้นวิธีนี้จึงใช้เป็นหลักในการต่อเรือ การขนส่งทางท่อ และการผลิตรถยนต์ที่ใช้งานหนัก ในประเทศเยอรมนี เทคโนโลยีคอมโพสิตนี้ได้รับการพัฒนาจนถึงขั้นใช้งานจริง ตัวอย่างเช่น สถาบันวิจัย Fraunhofer ได้พัฒนาระบบเชื่อมถังเก็บน้ำมันสำหรับเชื่อมแหล่งความร้อนด้วยเลเซอร์-MIG ซึ่งสามารถเชื่อมถังน้ำมันที่มีความหนา 5-8 มม. ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-TIG หรือเลเซอร์-PAW การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ MIG/MAG ใช้การเชื่อมแบบคอมโพสิตแกนด้านข้างเนื่องจากมีลวดเชื่อมอยู่

โครงสร้างสามารถเชื่อมด้วยความหนาแน่นกระแสที่มากขึ้น ประสิทธิภาพการหุ้มสูงขึ้น และสามารถรับความลึกและความกว้างการเจาะที่ใหญ่ขึ้น ใช้สำหรับเชื่อมเพลตหนาและใหญ่ โดยจะมีความไวน้อยกว่าต่อช่องว่างของชิ้นงาน ขอบไม่ถูกต้อง และการเบี่ยงเบนปานกลาง การปรับตัวที่แข็งแกร่งขึ้น และประสิทธิภาพการเชื่อมที่สูงขึ้น นอกจากนี้ การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ MIG/MAG ยังสามารถเพิ่มองค์ประกอบที่เป็นประโยชน์ให้กับโลหะเชื่อมด้วยการเลือกลวดเชื่อมที่เหมาะสม เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางโลหะวิทยาและโครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อม ซึ่งสามารถลดแนวโน้มของรอยเชื่อมและรับประกันความเหนียวและความแข็งแรงของแรงกระแทก เหมาะสำหรับการเชื่อมเหล็กโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูง อลูมิเนียมอัลลอยด์ และวัสดุอื่นๆ การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG/MAG ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะเหล่านี้ได้กลายเป็นวิธีการเชื่อมแหล่งความร้อนแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คที่ได้รับการยอมรับอย่างสูงทั้งในประเทศและต่างประเทศ

แหล่งความร้อนคอมโพสิตอาร์คคู่ด้วยเลเซอร์

การเชื่อมแหล่งความร้อนแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์คู่เป็นกระบวนการเชื่อมที่รวมเลเซอร์และส่วนโค้ง MIG สองส่วนพร้อมกัน หัวเชื่อม MIG ทั้งสองมีแหล่งจ่ายไฟอิสระและกลไกการป้อนลวด และใช้หัวเชื่อมเชื่อมผ่านระบบจ่ายไฟของตนเอง หัวเชื่อม MIG แต่ละหัวสามารถปรับได้ตามต้องการโดยสัมพันธ์กับหัวเชื่อมอื่นๆ และตำแหน่งของลำแสงเลเซอร์ ดังแสดงในรูปที่ 1.5

เนื่องจากแหล่งความร้อนทั้งสามต้องทำหน้าที่ในพื้นที่เดียวกันในเวลาเดียวกัน การจัดเรียงตัวของกันและกันจึงมีความสำคัญเป็นพิเศษ เพื่อให้ตำแหน่งของหัวเชื่อมแบบไฮบริดสัมพันธ์กับลำแสงเลเซอร์ที่ปรับตำแหน่งได้ในแนวตั้ง จำเป็นต้องพิจารณาขนาดของปืนเชื่อม MIG และการโฟกัสลำแสงเลเซอร์อย่างรอบคอบเมื่อทำการค้นคว้าและออกแบบอุปกรณ์ทดสอบ

สำหรับการเชื่อมแบบไม่มีช่องว่าง ความเร็วในการเชื่อมของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยอาร์คคู่ด้วยเลเซอร์จะสูงกว่าการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG ทั่วไปประมาณ 30% และสูงกว่าการเชื่อมอาร์กแบบจมอยู่ใต้น้ำประมาณ 80% อินพุตความร้อนต่อความยาวหน่วยประมาณ 25% น้อยกว่าการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG แบบธรรมดา และประมาณ 80% น้อยกว่าการเชื่อมอาร์กแบบจมอยู่ใต้น้ำ และกระบวนการเชื่อมมีความเสถียรมาก ซึ่งเหนือกว่าประสิทธิภาพการเชื่อมของไฮบริด MIG แบบเลเซอร์ทั่วไป การเชื่อม

เนื่องจากมีแหล่งความร้อน MIG ก่อนและหลังเลเซอร์ จึงหลีกเลี่ยงข้อจำกัดของทิศทางการเชื่อมของแหล่งกำเนิดความร้อนคอมโพสิต MIG แบบเลเซอร์เดียว และง่ายต่อการรับรู้การเชื่อมอัตโนมัติของแผ่นความหนาขนาดใหญ่โดยอัตโนมัติ

แหล่งความร้อนคอมโพสิตเลเซอร์พลาสม่า

พลาสม่าอาร์คมีข้อดีคือ ความแข็งแกร่งที่ดี อุณหภูมิสูง ทิศทางที่แข็งแกร่ง จุดอาร์คที่ดี เขตความร้อนที่แคบ และความไวต่ำต่อโลกภายนอก ซึ่งดีสำหรับการเชื่อมแหล่งความร้อนคอมโพสิต การประยุกต์ใช้พลาสมาอาร์คและคอมโพสิตสำหรับการเชื่อมแบบก้นแผ่นบาง การเชื่อมต่อแผ่นที่มีความหนาไม่เท่ากัน การเชื่อมแบบแผ่นเคลือบสังกะสี การเชื่อมโลหะผสมอะลูมิเนียม การตัด และการผสมพื้นผิวได้รับผลลัพธ์ที่ดี

การใช้การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-พลาสมาสำหรับการเชื่อมด้วยความเร็วสูงของแผ่นสังกะสีที่มีความหนา 0.16 มม. แสดงให้เห็นว่าส่วนโค้งมีความเสถียรสูงระหว่างการเชื่อม แม้ที่ความเร็ว 90 ม./นาที และจะไม่มีข้อบกพร่องในการเชื่อมเพียงอย่างเดียว เมื่อการเชื่อมด้วยเลเซอร์เพียงอย่างเดียวคือ 48 ม./นาที จะเกิดความไม่เสถียรของอาร์คและข้อบกพร่องในการเชื่อม

เช่นเดียวกับการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-TIG การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์พลาสมา (PAW) สามารถรวมกันแบบเคียงข้างกันหรือแบบโคแอกเชียล

คุณสมบัติของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค

การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ครวมข้อดีของแหล่งความร้อนอิสระสองแหล่งเข้าด้วยกัน (เช่น แหล่งความร้อนเลเซอร์มีความหนาแน่นของพลังงานสูง ทิศทางที่ดีเยี่ยม และลักษณะของการนำสื่อโปร่งใส อาร์คพลาสม่ามีการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าสูง ประสิทธิภาพต่ำ , ต้นทุนอุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงานต่ำ การพัฒนาเทคโนโลยีที่ครบถ้วนและข้อดีอื่นๆ ) หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของทั้งสองอย่าง (เช่น การสูญเสียพลังงานเลเซอร์ที่เกิดจากการสะท้อนแสงสูงของวัสดุโลหะไปยังเลเซอร์ ต้นทุนของอุปกรณ์เลเซอร์ที่สูง และ ไฟฟ้าต่ำ- ประสิทธิภาพการแปลงแสง ฯลฯ ความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่าของแหล่งความร้อนอาร์ค ความเสถียรของส่วนโค้งที่ไม่ดีระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ฯลฯ)

ในเวลาเดียวกัน การผสมผสานแบบออร์แกนิกของทั้งสองทำให้เกิดคุณสมบัติใหม่มากมาย (ความหนาแน่นของพลังงานสูง การใช้พลังงานสูง ความเสถียรของส่วนโค้งสูง ความแม่นยำของเครื่องมือต่ำ และคุณภาพพื้นผิวของชิ้นงานที่จะเชื่อม ฯลฯ) ทำให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ยอดเยี่ยม การประยุกต์ใช้แหล่งความร้อนเชื่อมใหม่ที่คาดหวัง

สามารถใช้สำหรับเลเซอร์คอมโพสิต CO₂ เลเซอร์, เลเซอร์ YAG, เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์, ไฟเบอร์เลเซอร์ ฯลฯ สามารถใช้สำหรับแหล่งความร้อนจากการเชื่อมอาร์กคอมโพสิต: TIG, MIG, MAG, พลาสม่าอาร์ค ฯลฯ

เลเซอร์และส่วนโค้งที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถรวมกันในลักษณะใดก็ได้โดยไม่มีข้อจำกัดในการสร้างแหล่งความร้อนแบบคอมโพสิต เทคโนโลยีคอมโพสิตมีคุณสมบัติหลักดังต่อไปนี้

การอุ่นอาร์คช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์

คุณสมบัติทางแสงของวัสดุโลหะสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิทดสอบ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการดูดซึมของพลังงานเลเซอร์ของโลหะจะเพิ่มขึ้นแบบไม่เชิงเส้น ในกระบวนการเชื่อมแบบไฮบริด การให้ความร้อนแบบอาร์คทำให้ชิ้นงานร้อนขึ้นและหลอมละลาย และลำแสงเลเซอร์ผ่านอาร์คเพื่อทำหน้าที่โดยตรงบนพื้นผิวของโลหะเหลว ซึ่งช่วยลดการสะท้อนแสงของชิ้นงานไปยังเลเซอร์อินฟราเรด ( โดยเฉพาะ CO₂ เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นมากขึ้น) และปรับปรุงอัตราการดูดซึมของชิ้นงานด้วยเลเซอร์

นอกจากนี้ อุณหภูมิและระดับการแตกตัวเป็นไอออนของอาร์คพลาสม่ายังค่อนข้างต่ำ ซึ่งมีผลเจือจางในพลาสมาที่เกิดจากแสงเพื่อลดความหนาแน่นของจำนวนอิเล็กตรอน ซึ่งจะช่วยลดการดูดซึมและการหักเหของแสงเลเซอร์ด้วยพลาสมาที่เกิดจากภาพถ่าย และเพิ่มอุบัติการณ์บนพื้นผิวของชิ้นงาน พลังงานเลเซอร์ แต่อิทธิพลประเภทนี้ซับซ้อนกว่า เมื่อกระแสเชื่อมมีขนาดใหญ่ อาจส่งผลเสีย

ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์และอาร์กแบบไฮบริด อาร์ค TIG หรือ MIG จะละลายวัสดุพื้นฐานก่อน จากนั้นจึงฉายรังสีโลหะที่หลอมเหลวด้วยเลเซอร์เพื่อเพิ่มอัตราการดูดซับของวัสดุฐานไปยังเลเซอร์ ซึ่งสามารถใช้พลังงานอาร์คได้อย่างมีประสิทธิภาพและลด พลังงานเลเซอร์ ปฏิกิริยาของมันจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเชื่อม และความเร็วในการเชื่อมสามารถเข้าถึง 9m/min เนื่องจากผลกระทบของส่วนโค้ง เลเซอร์ที่มีกำลังต่ำจึงสามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้ผลการเชื่อมที่ดี เมื่อเทียบกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ มันสามารถลดต้นทุนการผลิต ตรงตามข้อกำหนด "ประสิทธิภาพสูง ประหยัดพลังงาน และประหยัด" และใช้พลังงานเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปรับปรุง Arc Heat Flux และความเสถียรในการเชื่อม

ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์สูงมาก ซึ่งทำให้โลหะระเหยในระหว่างกระบวนการเชื่อมและก่อตัวเป็นโลหะพลาสม่าจำนวนมาก จึงเป็นเส้นทางนำไฟฟ้าที่ดีสำหรับส่วนโค้ง และมีผลดึงดูดและหดตัวสูงบนส่วนโค้ง ซึ่ง สามารถลดความดันการจุดระเบิดของอาร์คและลดความแรงของสนาม เพิ่มความเสถียรของส่วนโค้ง เนื่องจากเอฟเฟกต์การรักษาเสถียรภาพของส่วนโค้งของเลเซอร์ ปรากฏการณ์การเคลื่อนตัวของส่วนโค้งหรือการเกิดอาร์คจึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมด้วยความเร็วสูงของแหล่งความร้อนแบบคอมโพสิต เพื่อให้กระบวนการเชื่อมทั้งหมดมีความเสถียรมากและการโปรยลงมามีขนาดเล็กมาก เนื่องจากเลเซอร์ทำให้ส่วนโค้งหดตัว ความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนของส่วนโค้งจึงเพิ่มขึ้น และเลเซอร์จะบีบอัดรากของส่วนโค้ง ซึ่งจะเพิ่มความลึกในการเจาะเข้าไปอีก

เมื่อ TIG หรือ MIG เพียงอย่างเดียว อาร์คในการเชื่อมบางครั้งอาจไม่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของกระแสไฟขนาดเล็ก เมื่อความเร็วการเชื่อมเพิ่มขึ้นเป็นค่าหนึ่ง จะทำให้อาร์คลอยตัว ทำให้กระบวนการเชื่อมเป็นไปไม่ได้ เมื่อใช้เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค พลาสมาที่สร้างโดยเลเซอร์จะช่วยให้ส่วนโค้งมีเสถียรภาพ และเลเซอร์จะทำหน้าที่ในสระหลอมเหลวเพื่อสร้างรูกุญแจ ซึ่งดึงดูดส่วนโค้งและเพิ่มความเสถียรในการเชื่อม และรูกุญแจจะบีบอัดรากของส่วนโค้งซึ่งจะเป็นการเพิ่มการใช้พลังงานของส่วนโค้ง คอมโพสิตอาร์กจะเพิ่มความกว้างของรอยเชื่อม (โดยเฉพาะส่วนโค้งของ MIG) ลดความต้องการของแหล่งความร้อนสำหรับความแม่นยำในการประกอบ ปริมาณของแนวที่ไม่ตรงและความไวตรงกลางของช่องว่างข้อต่อ และลดภาระงานของการประมวลผลและการประกอบบั้นท้ายของชิ้นงาน การเชื่อมเกิดขึ้นภายใต้ช่องว่างรอยต่อที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต

วัสดุพื้นฐานถูกหลอมให้เป็นแอ่งหลอมเหลวภายใต้การกระทำของโซลไฟฟ้า และลำแสงเลเซอร์จะทำหน้าที่ที่ด้านล่างของส่วนโค้งเพื่อสร้างแอ่งหลอมเหลว โลหะเหลวมีอัตราการดูดซับลำแสงเลเซอร์สูง ดังนั้นความลึกในการเจาะของการเชื่อมแบบไฮบริดจึงมากกว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบธรรมดา ซึ่งเทียบเท่ากับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ เมื่อเทียบกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่มีกำลังสูง ความลึกในการเจาะของการเชื่อมแหล่งความร้อนคอมโพสิตสามารถเพิ่มเป็นสองเท่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเชื่อมช่องว่างแคบและแผ่นหนาขนาดใหญ่ เมื่อใช้การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค อาร์คสามารถดำดิ่งลงไปในความลึกของรอยเชื่อมภายใต้การกระทำของเลเซอร์ ลดปริมาณการทับถมของโลหะเติมและทำให้เกิดการเชื่อมเจาะลึกของแผ่นขนาดใหญ่และหนา

ปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อมและลดต้นทุน

เนื่องจากผลกระทบของการอุ่นอาร์ค อัตราการดูดซึมของพลังงานเลเซอร์โดยชิ้นงานจะเพิ่มขึ้น จึงเป็นการเพิ่มความลึกในการเจาะรอยเชื่อม นอกจากนี้ ความร้อนจากอาร์กยังสามารถกระทำกับภายในของชิ้นงานผ่านรูเล็กๆ ที่เกิดจากแสงน้อยได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความลึกในการทะลุทะลวง การเปรียบเทียบรูปร่างตัดขวางของรอยเชื่อมของแผ่นเหล็กสแตนเลส 1Cr18NigTi หนา 6 มม. ที่มีกระบวนการเชื่อมแบบต่างๆ (การเชื่อมด้วยเลเซอร์ การเชื่อม MIG และการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-MIG) แสดงไว้ในรูปที่ 1.6

ปฏิสัมพันธ์ของเลเซอร์และอาร์กทำให้ผลกระทบด้านพลังงานของการเชื่อมแบบไฮบริดมากกว่าผลรวมของผลกระทบด้านพลังงานของแหล่งความร้อนสองแห่งที่แยกจากกัน และยังทำให้การเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์คมีข้อดีที่ชัดเจนเมื่อเทียบกับการเชื่อมแบบเดี่ยว กระบวนการเชื่อม. ภายใต้เงื่อนไขของความลึกการเจาะเดียวกัน ความเร็วในการเชื่อมจะเพิ่มขึ้น 1 ถึง 2 เท่า ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อมอย่างมาก ลดความต้องการพลังงานเลเซอร์ และลดการลงทุนอุปกรณ์และต้นทุนการผลิต

การรวมกันของเลเซอร์และอาร์ค

มีสองวิธีในการรวมการเชื่อมด้วยเลเซอร์และอาร์กไฟฟ้า หนึ่งเป็นไปตามทิศทางการเชื่อม ระยะห่างระหว่างเลเซอร์กับส่วนโค้งมีขนาดใหญ่ และจัดเรียงเป็นชุดก่อนและหลัง สองทำหน้าที่เป็นแหล่งความร้อนอิสระบนชิ้นงาน วัตถุประสงค์หลักคือการใช้แหล่งความร้อนอาร์คในการอุ่นหรือหลังการเชื่อมเพื่อเพิ่มอัตราการดูดกลืนแสงเลเซอร์ วัตถุประสงค์ในการปรับปรุงโครงสร้างและประสิทธิภาพการเชื่อม

เนื่องจากเลเซอร์โซลิดสเตตมีความยาวคลื่นสั้น จึงมีข้อดีเฉพาะในการประมวลผลวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการเชื่อม (เช่น วัสดุมีอัตราการดูดกลืนแสงสูงของเลเซอร์ ลำแสงส่งผ่านใยแก้วนำแสงได้ง่าย และ ง่ายต่อการบรรลุความยืดหยุ่นในการเชื่อมและระบบอัตโนมัติ ฯลฯ ) เพื่อให้การเชื่อมแหล่งกำเนิดความร้อนแบบไฮบริดเลเซอร์ + อาร์คได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ

ในทางปฏิบัติการผลิต แหล่งความร้อนจากคอมโพสิตเลเซอร์อาร์คส่วนใหญ่ใช้CO₂ เลเซอร์และเลเซอร์ YAG (เลเซอร์ไฟเบอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้รับการส่งเสริมอย่างค่อยเป็นค่อยไปในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา) ตามตำแหน่งสัมพัทธ์ของเลเซอร์และส่วนโค้ง มีคอมโพสิตเชิงซ้อนและคอมโพสิตโคแอกเซียล ดังแสดงในรูป ดังแสดงใน 1.7

สารประกอบพาร์แอกเชียล

Paraxial recombination หมายถึง ลำแสงเลเซอร์และส่วนโค้งทำงานร่วมกันในตำแหน่งเดียวกันของชิ้นงานในมุมใดมุมหนึ่ง กล่าวคือ เลเซอร์จะเคลื่อนผ่านด้านนอกของส่วนโค้งไปถึงพื้นผิวของชิ้นงาน และสามารถส่งไปด้านหน้าได้ ของส่วนโค้งหรือหลังส่วนโค้ง ดังแสดงในรูป 1.8(a) การรวม Paraxial ทำได้ง่ายกว่า สามารถใช้เชื่อมอาร์กอนอาร์กอนทังสเตนที่ไม่ละลาย (TIG) อาร์กหรืออาร์คป้องกันแก๊สอิเล็กโทรดหลอมเหลว (MIG) ซึ่งปัจจุบันเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

โคแอกเซียลคอมโพสิต

การรวมตัวใหม่แบบโคแอกเซียลหมายความว่าเลเซอร์และส่วนโค้งทำงานร่วมกันในตำแหน่งเดียวกันของชิ้นงาน กล่าวคือ เลเซอร์จะผ่านจุดศูนย์กลางของส่วนโค้งหรือส่วนโค้งเคลื่อนผ่านศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์แบบวงแหวนไปถึงพื้นผิวของชิ้นงาน ดังแสดงในรูปที่ 1.8 (b) คอมโพสิตโคแอกเซียลยากกว่าและกระบวนการนี้ซับซ้อนกว่า ดังนั้นจึงมักใช้ส่วนโค้ง TIG arc หรือ PAW (การเชื่อมอาร์กพลาสม่า, การเชื่อมด้วยพลาสม่าอาร์ค)

อิทธิพลของตำแหน่งด้านหน้าและด้านหลังของเลเซอร์

ตำแหน่งสัมพัทธ์ของเลเซอร์และส่วนโค้งจะส่งผลต่อการก่อตัวพื้นผิวเชื่อมและคุณสมบัติของโครงสร้างจุลภาค จากการศึกษาพบว่าพื้นผิวด้านบนของรอยเชื่อมมีความสม่ำเสมอและสมบูรณ์และสวยงามก่อนที่ลำแสงเลเซอร์จะเข้าสู่อาร์ค โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเร็วในการเชื่อมสูง ผลลัพธ์จะชัดเจนยิ่งขึ้น ในขณะที่ส่วนโค้งอยู่ด้านหน้าลำแสงเลเซอร์ พื้นผิวด้านบนของรอยเชื่อมจะปรากฏเป็นร่อง

จากการวิเคราะห์องค์ประกอบและประสิทธิภาพของรอยเชื่อม เป็นที่ทราบกันว่าเนื้อหาองค์ประกอบเพิ่มขึ้นจากส่วนบนไปส่วนล่างของรอยเชื่อมในทั้งสองกรณี ความแข็งของส่วนบนของรอยเชื่อมก่อนอาร์คด้วยเลเซอร์จะน้อยกว่าส่วนล่าง และความแข็งของส่วนบนของรอยเชื่อมหลังเลเซอร์มีค่ามากกว่าความแข็งของส่วนล่าง

สาเหตุคือเมื่อส่วนโค้งอยู่ด้านหลัง แหล่งความร้อนจะมีพื้นที่ทำงานขนาดใหญ่ และแหล่งความร้อนจะถูกลบออกหลังจากการเชื่อม การระบายความร้อนอย่างช้าๆ ของตะเข็บจะเอื้อต่อการหลบหนีของก๊าซในของเหลวหลอมเหลว สระว่ายน้ำและรูปแบบที่ดี หลังจากที่แหล่งความร้อนอาร์คทำปฏิกิริยากับเลเซอร์ มันเทียบเท่ากับการแบ่งเบาบรรเทาของรอยเชื่อม และความร้อนไม่สามารถส่งผ่านไปยังส่วนลึกของรอยเชื่อม ดังนั้นส่วนล่างจะไม่ถูกทำให้ร้อน ดังนั้นความแข็งของส่วนบนของ รอยเชื่อมน้อยกว่าส่วนล่าง

ความแตกต่างระหว่างด้านหน้าและด้านหลังของเลเซอร์กับส่วนโค้งไม่เพียงส่งผลต่อกระบวนการเชื่อม แต่ความแตกต่างระหว่างระยะห่างยังส่งผลต่อกระบวนการเชื่อมด้วย ระยะห่างระหว่างกันส่งผลต่อการถ่ายโอนหยดของการเชื่อมแบบไฮบริด การถ่ายโอนหยดไม่เสถียรมากระหว่างการเชื่อม MIG ความเร็วสูง ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ MIG-hybrid เนื่องจากการแผ่รังสีความร้อนของเลเซอร์พลาสมาบนหยดและการดูดซับของส่วนโค้ง รูปร่างของมันและสถานะแรงของหยดเปลี่ยนไป และการถ่ายโอนของหยดเปลี่ยนไป กระแสเชื่อมที่ต่างกันมีระยะเลเซอร์และส่วนโค้งที่เหมาะสมที่สุดต่างกัน ภายใต้ระยะห่างที่เหมาะสม รูปแบบการถ่ายโอนหยดคือการถ่ายโอนเจ็ตเดี่ยวที่เสถียร กระแสและแรงดันคงที่ และรอยเชื่อมจะเกิดขึ้นได้ดี

ในรูปที่ 1.9(a) ส่วนโค้งจะอยู่ตรงกลางลำแสงเลเซอร์สองลำ หลังจากที่ลำแสงเลเซอร์ YAG ออกจากไฟเบอร์ออปติกแล้ว ลำแสงจะถูกแบ่งออกเป็นสองลำแสงและปรับโฟกัสใหม่ผ่านชุดเลนส์ อิเล็กโทรดและส่วนโค้งอยู่ใต้เลนส์ และจุดโฟกัสของจุดแผ่รังสีนั้นใกล้เคียงกัน ในขณะนี้ มีการใช้อิเล็กโทรดทังสเตน 8 อัน ซึ่งกระจายอย่างสม่ำเสมอที่ 45° บนวงแหวนทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่แน่นอน

อิเล็กโทรดทังสเตนใช้พลังงานจากแหล่งพลังงานอิสระ ในระหว่างกระบวนการเชื่อม อิเล็กโทรดสองคู่ในทิศทางที่สอดคล้องกันจะถูกควบคุมให้ทำงานตามทิศทางของการเคลื่อนที่ของคบเพลิง ทำให้เกิดแหล่งความร้อนในทิศทางด้านหน้าและด้านหลัง การออกแบบอิเล็กโทรดทังสเตนกลวงเพื่อให้ลำแสงเลเซอร์ผ่านจุดศูนย์กลางของวงกลมก็เป็นวิธีการทั่วไปสำหรับการรวมตัวใหม่โคแอกเซียล มันโคแอกเซียลคอมโพสิตแก้ปัญหาทิศทางของคอมโพสิตพาร์แอกเซียลและเหมาะสำหรับการเชื่อมชิ้นส่วนโครงสร้างสามมิติ ความยากลำบากคือการปฏิเสธของปืนเชื่อมนั้นซับซ้อนกว่า

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันและกระแสของการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์อาร์ค

ปฏิกิริยาระหว่างเลเซอร์กับอาร์คก่อให้เกิดวิธีการเชื่อมที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการปรับตัว หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของวิธีการเชื่อมแบบเดียว มีข้อดีคือเพิ่มพลังงาน เพิ่มการแทรกซึม ทำให้กระบวนการเชื่อมมีเสถียรภาพ นอกจากนี้ยังลดข้อกำหนดในการประกอบและการเชื่อมวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง ข้อดีมากมาย

รูปที่ 1.10 แสดงรูปคลื่นของแรงดันอาร์คและกระแสเชื่อมในการเชื่อม TIG บริสุทธิ์และการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-TIG ในรูปที่ 1.10(a) ความเร็วในการเชื่อม 135 ซม./นาที และกระแสเชื่อม TIG คือ 100A จะเห็นได้ว่าแรงดันอาร์คและกระแสเชื่อมเพิ่มขึ้นอย่างมากระหว่างการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์-TIG ในรูปที่ 1.10(b) ความเร็วในการเชื่อม 270 ซม./นาที และกระแสเชื่อม TIG คือ 70A จะเห็นได้ว่าแรงดันอาร์คและกระแสเชื่อมไม่เสถียรในการเชื่อม TIG เพียงอย่างเดียว การเชื่อมนั้นทำได้ยาก ในขณะที่แรงดันไฟในการเชื่อมแบบไฮบริดของ TIG และกระแสไฟในการเชื่อมนั้นเสถียรมาก และสามารถดำเนินการเชื่อมได้อย่างราบรื่น

การเชื่อมด้วยเลเซอร์หมายถึงการเติมรอยเชื่อมด้วยลวดเชื่อมขณะทำการเชื่อมด้วยเลเซอร์ มีสองวัตถุประสงค์ในการเพิ่มลวดเชื่อม: การเชื่อมแบบปกติยังคงสามารถดำเนินการได้เมื่อช่องว่างของรอยต่อไม่เหมาะเพื่อให้เกิดรอยเชื่อมได้ดี ประการที่สองคือการเปลี่ยนองค์ประกอบและโครงสร้างของรอยเชื่อมเพื่อให้การเชื่อมสามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพบางอย่างได้

เมื่อใช้ลวดเชื่อมแบบเจาะลึก ควรใช้ความระมัดระวังไม่ให้เพิ่มลวดเชื่อมเร็วเกินไป จะไม่ทำลายรูเล็กๆ ในสระหลอมเหลว การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อใช้การเชื่อมด้วยลวดเลเซอร์ ภายใต้สภาวะการเชื่อมอื่นๆ ไม่เปลี่ยนแปลง ความกว้างของรอยเชื่อมจะแคบกว่าเมื่อไม่ได้เติมลวด นี่เป็นเพราะการหลอมของลวดเติมใช้ส่วนหนึ่งของแสงภายใต้ความร้อนที่เท่ากัน พลังงาน พลังงานที่ใช้ในการหลอมวัสดุฐานจะลดลงตามลำดับ