Hàn laser có thể được thực hiện bằng máy phát laser liên tục hoặc xung. Nguyên lý hàn laser có thể được chia thành hàn dẫn nhiệt và hàn nóng chảy sâu bằng laser. Mật độ công suất nhỏ hơn 104~105 W/cm2 là hàn dẫn nhiệt, lúc này độ sâu nóng chảy nhỏ và tốc độ hàn chậm; Khi mật độ công suất lớn hơn 105~107 W/cm2, bề mặt kim loại bị lõm thành các "lỗ khóa" dưới tác dụng của nhiệt, tạo thành hàn nóng chảy sâu, có đặc điểm là tốc độ hàn nhanh và tỷ lệ chiều sâu/chiều rộng lớn.
Hôm nay, chúng ta sẽ chủ yếu tìm hiểu về các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng hàn laser nóng chảy sâu.
1. Công suất laser
Trong hàn nóng chảy sâu bằng laser, công suất laser kiểm soát cả độ sâu xuyên thấu và tốc độ hàn. Độ sâu mối hàn tỷ lệ thuận với mật độ công suất chùm tia và là hàm số của công suất chùm tia tới và điểm hội tụ của chùm tia. Nói chung, đối với một đường kính chùm tia laser nhất định, độ sâu xuyên thấu tăng lên khi công suất chùm tia tăng lên.
2. Điểm trọng tâm
Kích thước điểm chiếu là một trong những biến số quan trọng nhất trong hàn laser vì nó quyết định mật độ công suất. Tuy nhiên, việc đo kích thước điểm chiếu là một thách thức đối với các laser công suất cao, mặc dù có nhiều kỹ thuật đo gián tiếp hiện có.
Kích thước điểm hội tụ giới hạn nhiễu xạ có thể được tính toán theo lý thuyết nhiễu xạ, nhưng kích thước điểm thực tế lớn hơn giá trị tính toán do sự tồn tại của hiện tượng phản xạ tiêu điểm kém. Phương pháp đo đơn giản nhất là phương pháp đo đường kính điểm hội tụ và độ xuyên thủng sau khi đốt cháy giấy dày và xuyên qua tấm polypropylen. Phương pháp này, thông qua thực hành đo đạc, giúp xác định được công suất laser và thời gian tác động của chùm tia.
3. Khí bảo vệ
Quá trình hàn laser thường sử dụng khí bảo vệ (heli, argon, nitơ) để bảo vệ vũng nóng chảy, ngăn ngừa quá trình oxy hóa phôi trong quá trình hàn. Lý do thứ hai sử dụng khí bảo vệ là để bảo vệ thấu kính hội tụ khỏi bị nhiễm bẩn bởi hơi kim loại và sự bắn phá bởi các giọt chất lỏng. Đặc biệt trong hàn laser công suất cao, vật liệu bắn ra rất mạnh, do đó cần phải bảo vệ thấu kính. Tác dụng thứ ba của khí bảo vệ là nó rất hiệu quả trong việc phân tán lớp chắn plasma được tạo ra bởi quá trình hàn laser công suất cao. Hơi kim loại hấp thụ chùm tia laser và bị ion hóa thành đám mây plasma. Khí bảo vệ xung quanh hơi kim loại cũng bị ion hóa do nhiệt. Nếu có quá nhiều plasma, chùm tia laser sẽ bị plasma tiêu hao. Thứ hai, plasma tồn tại trên bề mặt làm việc, làm cho độ sâu mối hàn nông hơn và bề mặt vũng hàn rộng hơn.
Làm thế nào để chọn khí bảo vệ phù hợp?
4. Tỷ lệ hấp thụ
Khả năng hấp thụ laser của vật liệu phụ thuộc vào một số đặc tính quan trọng của vật liệu, chẳng hạn như hệ số hấp thụ, độ phản xạ, độ dẫn nhiệt, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ bay hơi. Trong tất cả các yếu tố, quan trọng nhất là hệ số hấp thụ.
Có hai yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ hấp thụ tia laser của vật liệu. Thứ nhất là hệ số cản của vật liệu. Người ta nhận thấy rằng tỷ lệ hấp thụ của vật liệu tỷ lệ thuận với căn bậc hai của hệ số cản, và hệ số cản thay đổi theo nhiệt độ. Thứ hai, trạng thái bề mặt (hay độ hoàn thiện) của vật liệu có ảnh hưởng quan trọng đến tỷ lệ hấp thụ tia laser, điều này tác động đáng kể đến hiệu quả hàn.
5. Tốc độ hàn
Tốc độ hàn có ảnh hưởng rất lớn đến độ sâu xuyên thấu. Tăng tốc độ sẽ làm giảm độ sâu xuyên thấu, nhưng nếu quá thấp sẽ dẫn đến hiện tượng nóng chảy vật liệu quá mức và hàn xuyên qua phôi. Do đó, sẽ có một phạm vi tốc độ hàn thích hợp cho từng loại vật liệu với công suất laser nhất định và độ dày nhất định, và độ sâu xuyên thấu tối đa có thể đạt được ở giá trị tốc độ tương ứng.
6. Tiêu cự của thấu kính lấy nét
Thông thường, một thấu kính hội tụ được lắp đặt ở đầu súng hàn, thường thì người ta chọn tiêu cự từ 63 đến 254mm (đường kính 2,5" đến 10"). Kích thước điểm hội tụ tỷ lệ thuận với tiêu cự, tiêu cự càng ngắn thì điểm hội tụ càng nhỏ. Tuy nhiên, chiều dài tiêu cự cũng ảnh hưởng đến độ sâu hội tụ, nghĩa là độ sâu hội tụ tăng đồng bộ với tiêu cự, vì vậy tiêu cự ngắn có thể cải thiện mật độ công suất, nhưng vì độ sâu hội tụ nhỏ, khoảng cách giữa thấu kính và phôi phải được duy trì chính xác, và độ sâu xuyên thấu không lớn. Do ảnh hưởng của tia lửa bắn ra và chế độ laser trong quá trình hàn, độ sâu hội tụ ngắn nhất được sử dụng trong hàn thực tế chủ yếu là 126mm (đường kính 5"). Có thể chọn thấu kính có tiêu cự 254mm (đường kính 10") khi đường hàn lớn hoặc cần tăng kích thước điểm hội tụ. Trong trường hợp này, cần công suất laser đầu ra (mật độ công suất) cao hơn để đạt được hiệu quả lỗ xuyên thấu sâu.
Bạn còn thắc mắc gì thêm về giá cả và cấu hình máy hàn laser cầm tay không?
Thời gian đăng bài: 27/09/2022