ฟิสิกส์การเชื่อมและการตัด ตอนที่ 3

ฟิสิกส์การเชื่อมและการตัด ตอนที่ 3

เอกสารอ้างอิง

Kathy Sinnes. (2018) Welding handbook. 10Th Ed. Vol, 1. Welding and cutting science and technology. American welding society. Miami. USA.

แหล่งความร้อนถูกนำไปใช้กับรอยต่อที่เตรียมไว้ เพื่อเชื่อมต่อและเคลื่อนไปตามรอยต่อที่ต้องการ แนวเชื่อมเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่จำเป็นสำหรับแหล่งความร้อนในการเคลื่อนที่ไปตามความยาวของรอยต่อ ความหนาแน่นของกำลังงานของแหล่งความร้อน ต้องเพียงพอที่จะทำให้การหลอมละลายในพื้นที่สำเร็จ อาจมีการเพิ่มโลหะเติม ซึ่งในกรณีนี้ แหล่งความร้อนต้องหลอมละลายโลหะเติมในขณะที่ส่งไปยังรอยต่อ กำลังการถ่ายโอนของแหล่งความร้อน คือ อัตราที่พลังงานถูกส่งต่อหน่วยเวลา จากแหล่งความร้อนไปยังชิ้นงาน โดยทั่วไปแสดงเป็นจูลต่อวินาที (J/s) หรือวัตต์ (W) คำว่า ความหนาแน่นของกำลังงาน (power density) ใช้เพื่ออธิบายกำลังการถ่ายโอนต่อหน่วยพื้นที่ของการสัมผัสที่มีประสิทธิภาพ ระหว่างแหล่งความร้อนและชิ้นงาน โดยทั่วไปแสดงเป็นวัตต์ต่อตารางนิ้ว (W/in²) หรือวัตต์ต่อตารางมิลลิเมตร (W/mm²) ความหนาแน่นของพลังงานเป็นมาตรวัด hotness ที่ชัดเจนซึ่งใช้ได้กับแหล่งความร้อนทุกชนิด วิวัฒนาการของกระบวนการเชื่อมแบบฟิวชัน ได้รับการระบุไว้เป็นส่วนใหญ่เกี่ยวกับการพัฒนา และการปรับใช้แหล่งความร้อนที่สร้างความหนาแน่นของกำลังงานที่สูงขึ้น และสูงขึ้นบนพื้นผิวชิ้นงาน ดังนั้น เปลวไฟออกซีอะเซททิลีนที่ใช้สำหรับการเชื่อม จึงถูกแทนที่ด้วยอาร์กไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นกำลังสูงกว่าเกือบทั้งหมด การเชื่อมด้วย     ลำอิเล็กตรอนและลำเลเซอร์เป็นกระบวนการเชื่อมที่พัฒนาขึ้นล่าสุด ซึ่งมีความหนาแน่นของกำลังงานสูงกว่าการเชื่อมแบบอาร์กทั่วไป กระบวนการเหล่านี้พบการใช้งานส่วนใหญ่ในการใช้งานเฉพาะทาง และไม่สามารถแข่งขันได้อย่างกว้างขวางกับกระบวนการอาร์กทั่วไป      การถ่ายโอนพลังงานไปยังชิ้นงาน ไม่ว่าจะมาจากการอาร์ก เปลวไฟ หรือลำพลังงาน เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน บางครั้งก็ยากที่จะกำหนดพื้นที่สัมผัส ระหว่างแหล่งความร้อนกับชิ้นงานได้อย่างแม่นยำ ความหนาแน่นกำลังงานของความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังชิ้นงาน จะกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอเหนือพื้นที่สัมผัส โดยทั่วไปจะแสดงความเข้มสูงสุดใกล้กับจุดศูนย์กลาง ลักษณะโดยละเอียดของการถ่ายโอนพลังงานจึงค่อนข้างซับซ้อน แต่แนวคิดเรื่องความหนาแน่นของพลังงานมีส่วนอย่างมากในการทำความเข้าใจ และเปรียบเทียบแหล่งความร้อนในการเชื่อม ความร้อนที่เกิดจากแหล่งความร้อนจากการเชื่อม เช่น การอาร์ก เกิดขึ้นในสองขั้นตอน ประการแรก ความร้อนถูกถ่ายโอนจากแหล่งกำลังงานไปยังชิ้นงาน จากนั้นความร้อนจะถูกถ่ายเทภายในชิ้นงาน จากพื้นที่สัมผัสไปยังบริเวณที่เย็นกว่าของวัสดุ ด้วยแหล่งความร้อน ที่ความหนาแน่นของกำลังงานสูงมาก เช่น ลำอิเล็กตรอน ลำที่มีความหนาแน่นของกำลังงานสูงถูกส่งไปยังพื้นที่สัมผัสที่เล็กมาก การหลอมละลายเฉพาะที่ปริมาณมากและเกิดการระเหยบางส่วน เกิดขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิสูง   ซึ่งจำเป็นต่อการขับเคลื่อนการนำความร้อน ผ่านพื้นที่การนำความร้อนขนาดเล็กรอบ ๆ จุดให้ความร้อน ในอีกทางหนึ่งแหล่งกำลังงานที่มีความหนาแน่นต่ำมาก เช่น เปลวไฟของ OAW จะถ่ายโอนกำลังงานปริมาณสูงไปยังชิ้นงาน บนพื้นที่สัมผัสขนาดใหญ่ เนื่องจากมีพื้นที่การนำความร้อนขนาดใหญ่รอบ ๆ จุดให้ความร้อน