การศึกษาผลของความเร็วการตัด กำลังของเลเซอร์ และแรงดันแก๊สช่วยตัด ต่อสมบัติและโครงสร้างจุลภาคบริเวณรอยตัดด้วยเลเซอร์บนแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม

Abstract

โลหะไทเทเนียมเกรด Ti-6Al-4V เป็นโลหะที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอากาศยานและทางการแพทย์ เนื่องจากความแข็งแรงที่สูง การขึ้นรูปเบื้องต้นด้วยกรรมวิธีการตัดด้วยเลเซอร์จึงสามารถลดต้นทุนการผลิตได้ แต่เนื่องจากวิธีนี้ทำให้เกิดความร้อนสูงและการหลอมละลายในบริเวณที่รอยตัดรวมถึงความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเคมีอย่างรุนแรงกับออกซิเจนรวมไปถึงไนโตรเจนที่เป็นแก๊สช่วยตัดด้วยนั้นจึงมีความจำเป็นต้องศึกษาผลของการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์หลักที่ใช้ในการตัดคือ 1.กำลังของเลเซอร์ 2.ความดันแก๊สช่วยตัด 3.ความเร็วการตัด ต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางจุลภาคและสมบัติของรอยตัดเพื่อให้สามารถทราบขีดจำกัดของการใช้งานและผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพสูงด้วยต้นทุนที่ต่ำ ในงานวิจัยนี้จะทดสอบการตัดแผ่นโลหะไทเทเนียมเกรด Ti-6Al-4V หนา 2 มิลลิเมตร โดยใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ขนาดกำลัง 3000 วัตต์ ใช้แก๊สไนโตรเจนเป็นแก๊สช่วยตัด และตรวจวัดความลึกและลักษณะของชั้นที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางจุลภาคที่เป็นผลจากความร้อน รวมไปถึงเฟสที่เกิด ลักษณะโครงสร้างทางจุลภาคและการกระจายตัวของธาตุประกอบบริเวณรอยตัด ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า เมื่อเพิ่มความเร็วการตัดจะทำให้ความหนาชั้นที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนลดลง เพื่อความสม่ำเสมอและคุณภาพรอยตัดดีที่สุดควรความดันแก๊สที่เหมาะสมไม่สูงหรือต่ำเกิดไป ในส่วนของกำลังของเลเซอร์นั้นผลกระทบเมื่อใช้กำลังของเลเซอร์ต่ำมากเนื่องจากน้ำโลหะที่อุณหภูมิต่ำมีความหนืดสูงกว่าจึงค้างอยู่บริเวณรอยตัดมากกว่าส่งผลให้ความเท่ากันของความลึกของชั้นดังกล่าวเปลี่ยนไป การเพิ่มความดันแก๊สช่วยตัดสามารถลดผลกระทบนี้ได้ ในส่วนของโครงสร้างทางจุลภาคพบว่ามีการแพร่เข้าของออกซิเจนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และพบเฟสที่มีไนโตรเจนสูงฝังอยู่ภายในชั้นหลอมละลายซึ่งแข็งและเปราะ หากต้องการชิ้นงานคุณภาพสูงต้องกำจัดชั้นเหล่านี้ออก