Giải thích về hàn laser

Hàn laser là gì? Giải thích về hàn laser! Tất cả những gì bạn cần biết về hàn laser, bao gồm nguyên lý chính và các thông số quy trình chính!

Nhiều khách hàng không hiểu nguyên lý hoạt động cơ bản của máy hàn laser, chưa nói đến việc lựa chọn máy hàn laser phù hợp, tuy nhiên Mimowork Laser sẽ giúp bạn đưa ra quyết định đúng đắn và cung cấp hỗ trợ bổ sung để giúp bạn hiểu về hàn laser.

Hàn Laser là gì?

Hàn laser là một loại hàn nóng chảy, sử dụng chùm tia laser làm nguồn nhiệt hàn, nguyên lý hàn là phương pháp cụ thể để kích thích môi trường hoạt động, hình thành dao động khoang cộng hưởng, sau đó chuyển thành chùm bức xạ kích thích, khi chùm tia và phôi tiếp xúc với nhau, năng lượng được phôi hấp thụ, khi nhiệt độ đạt đến điểm nóng chảy của vật liệu có thể hàn được.

Theo cơ chế chính của hồ hàn, hàn laser có hai cơ chế hàn cơ bản: hàn dẫn nhiệt và hàn xuyên sâu (lỗ khóa). Nhiệt sinh ra từ hàn dẫn nhiệt được khuếch tán đến chi tiết gia công thông qua quá trình truyền nhiệt, do đó bề mặt mối hàn nóng chảy, không xảy ra hiện tượng bay hơi, thường được sử dụng để hàn các chi tiết mỏng tốc độ thấp. Hàn nóng chảy sâu làm bay hơi vật liệu và tạo thành một lượng lớn plasma. Do nhiệt độ tăng cao, sẽ có các lỗ ở phía trước hồ hàn nóng chảy. Hàn xuyên sâu là chế độ hàn laser được sử dụng rộng rãi nhất, nó có thể hàn chi tiết gia công một cách hoàn hảo và năng lượng đầu vào rất lớn, dẫn đến tốc độ hàn nhanh.

Các thông số quy trình trong hàn laser

Có nhiều thông số quy trình ảnh hưởng đến chất lượng hàn laser, chẳng hạn như mật độ công suất, dạng sóng xung laser, độ lệch tiêu điểm, tốc độ hàn và lựa chọn khí bảo vệ phụ trợ.

Mật độ công suất laser

Mật độ công suất là một trong những thông số quan trọng nhất trong gia công laser. Với mật độ công suất cao hơn, lớp bề mặt có thể được nung nóng đến điểm sôi trong vòng một micro giây, tạo ra lượng hơi hóa lớn. Do đó, mật độ công suất cao có lợi cho các quy trình loại bỏ vật liệu như khoan, cắt và khắc. Đối với mật độ công suất thấp, nhiệt độ bề mặt cần vài mili giây để đạt đến điểm sôi, và trước khi bề mặt bay hơi, đáy vật liệu đạt đến điểm nóng chảy, dễ dàng tạo thành mối hàn nóng chảy tốt. Do đó, ở dạng hàn laser dẫn nhiệt, mật độ công suất nằm trong khoảng 104-106W/cm².

Dạng sóng xung laser

Dạng sóng xung laser không chỉ là một thông số quan trọng để phân biệt giữa việc loại bỏ vật liệu và nung chảy vật liệu, mà còn là một thông số then chốt để xác định khối lượng và chi phí của thiết bị xử lý. Khi chùm tia laser cường độ cao chiếu vào bề mặt vật liệu, bề mặt vật liệu sẽ bị phản xạ 60 ~ 90% năng lượng laser và bị mất đi, đặc biệt là vàng, bạc, đồng, nhôm, titan và các vật liệu khác có khả năng phản xạ mạnh và truyền nhiệt nhanh. Độ phản xạ của kim loại thay đổi theo thời gian trong quá trình xung laser. Khi nhiệt độ bề mặt vật liệu tăng đến điểm nóng chảy, độ phản xạ giảm nhanh chóng, và khi bề mặt ở trạng thái nóng chảy, độ phản xạ ổn định ở một giá trị nhất định.

Độ rộng xung laser

Độ rộng xung là một thông số quan trọng của hàn laser xung. Độ rộng xung được xác định bởi độ sâu thâm nhập và vùng ảnh hưởng nhiệt. Độ rộng xung càng dài, vùng ảnh hưởng nhiệt càng lớn và độ sâu thâm nhập tăng theo lũy thừa 1/2 của độ rộng xung. Tuy nhiên, việc tăng độ rộng xung sẽ làm giảm công suất đỉnh, do đó việc tăng độ rộng xung thường được sử dụng cho hàn dẫn nhiệt, tạo ra mối hàn rộng và nông, đặc biệt phù hợp cho hàn chồng các tấm mỏng và dày. Tuy nhiên, công suất đỉnh thấp hơn dẫn đến đầu vào nhiệt dư thừa, và mỗi vật liệu đều có độ rộng xung tối ưu để tối đa hóa độ sâu thâm nhập.

Số lượng mất nét

Hàn laser thường đòi hỏi một lượng lệch tiêu điểm nhất định, vì mật độ công suất tại tâm điểm tại tiêu điểm laser quá cao, dễ làm vật liệu hàn bốc hơi thành lỗ. Mật độ công suất phân bố tương đối đồng đều trên mỗi mặt phẳng cách xa tiêu điểm laser.

Có hai chế độ làm mờ:
Độ lệch tiêu điểm dương và âm. Nếu mặt phẳng tiêu điểm nằm phía trên vật hàn, đó là độ lệch tiêu điểm dương; ngược lại, đó là độ lệch tiêu điểm âm. Theo lý thuyết quang học hình học, khi khoảng cách giữa mặt phẳng lệch tiêu điểm dương và âm với mặt phẳng hàn bằng nhau, mật độ công suất trên mặt phẳng tương ứng gần như nhau, nhưng trên thực tế, hình dạng vũng hàn thu được lại khác nhau. Trong trường hợp độ lệch tiêu điểm âm, có thể đạt được độ xuyên thấu lớn hơn, điều này liên quan đến quá trình hình thành vũng hàn.

Tốc độ hàn

Tốc độ hàn quyết định chất lượng bề mặt hàn, độ sâu ngấu, vùng ảnh hưởng nhiệt, v.v. Tốc độ hàn sẽ ảnh hưởng đến lượng nhiệt đầu vào trên một đơn vị thời gian. Nếu tốc độ hàn quá chậm, lượng nhiệt đầu vào quá cao, dẫn đến cháy chi tiết. Nếu tốc độ hàn quá nhanh, lượng nhiệt đầu vào quá ít, dẫn đến chi tiết hàn bị hàn một phần và không hoàn thiện. Giảm tốc độ hàn thường được sử dụng để cải thiện độ ngấu.

Khí bảo vệ thổi phụ trợ

Khí bảo vệ thổi phụ trợ là một quy trình thiết yếu trong hàn laser công suất cao. Một mặt, nó giúp ngăn ngừa vật liệu kim loại bị bắn tóe và làm bẩn gương hội tụ; mặt khác, nó giúp ngăn ngừa plasma sinh ra trong quá trình hàn hội tụ quá mức và ngăn tia laser tiếp cận bề mặt vật liệu. Trong quá trình hàn laser, heli, argon, nitơ và các loại khí khác thường được sử dụng để bảo vệ vũng hàn nóng chảy, nhằm ngăn ngừa quá trình oxy hóa phôi trong quá trình hàn. Các yếu tố như loại khí bảo vệ, kích thước luồng khí và góc thổi có ảnh hưởng lớn đến kết quả hàn, và các phương pháp thổi khác nhau cũng sẽ có tác động nhất định đến chất lượng hàn.