CÔNG NGHỆ HÀN LASER

1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HÀN LASER:

H. 1. Sơ đồ nguyên lý hàn bằng chùm và tia laser:

1 – Tủ điều khiển; 2 – nguồn điện; 3 – đầu laser; 4 – hệ thống làm mát; 5 – chùm tia laser;
6 – gương phản xạ; 7 – gương lọc ; 8 – hệ thống quan sát; 9 – Thấu kính hội tụ;
10 – chi tiết cần hàn; 11 – bàn đặt chi tiết gia công (có thể di chuyển theo 2 phương X, Y)

2. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ HÀN LASER:

1. Có thể hàn trong bất kỳ môi trường nào mà ánh sáng xuyên qua được (chân không, khí trơ, không khí bình thường…)
2. Hướng đi của chùm tia được điều khiển bằng hệ thống kính cho nên có thể hàn được mọi vị trí hàn phức tạp.
3. Có thể hàn từ xa.
4. Có thể hàn các chi tiết có chiều dày nhỏ và cực nhỏ (ví dụ trong ngành kỹ thuật điện tử)
5. Hàn được các loại vật liệu khác nhau (Au + Si, Au + Ge, Ni + Ta, Cu + Al, …)
6. Do chùm tia có kích thước nhỏ, hẹp, nguồn nhiệt tập trung nên thời gian hàn nhanh, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, chi tiết ít bị biến dạng.
7. Chất lượng mối hàn cao.

3. CÔNG NGHỆ HÀN LASER:

- Hàn Laser là quá trình hàn hiện đại nhất, cho phép tạo liên kết kim loại và hợp kim của chúng; là một phương pháp hàn có nhiều đặc tính công nghệ vượt trội so với các phương pháp truyền thống trước đây, nó cho phép tạo được một mối hàn bền mà không có kim loại hàn bổ sung. Hàn laser nhờ tốc độ hàn cao làm tăng đáng kể hiệu quả của quá trình sản xuất. Ngoài ra, công nghệ này cho phép ta tạo ra các mối hàn đặc biệt, sẽ cung cấp một cái nhìn thẩm mỹ cho các sản phẩm đang được sản xuất. Hàn Laser cho phép thực hiện bất kỳ loại và hình dạng của các mối nối ở bất kỳ vị trí nào, bao gồm một loạt các độ dày từ các màng mỏng nhất đến các dây dẫn sản xuất trong ngành công nghiệp với độ dày tới 12,5-25 mm.

- Công nghệ hàn laser sử dụng chùm tia có mật độ năng lượng cao (khoảng 1 MW / cm²). Chùm ánh sáng mạch lạc tập trung làm tan chảy vùng tiếp xúc của các vật thể được kết nối.

- Tùy thuộc vào độ dày của vật liệu, khi sử dụng laser công suất thấp hơn, có thể thu được một đường nối mịn, rộng, chẳng hạn như thu được khi hàn bằng truyền nhiệt. Nếu cường độ trong tiêu cự đủ lớn, một hình dạng nóng chảy hình nón, cho phép thâm nhập sâu của chùm tia laser (cái gọi là hàn với ngấu sâu), để vật liệu dày hơn có thể được hàn.

- Với sự hình thành của một hình nón tan chảy, sự hình thành của một đám mây plasma trên điểm hàn có thể hấp thụ và làm chệch hướng chùm tia laser có liên quan. Cường độ của chùm tia laser càng cao và kết quả là đám mây plasma càng dày, thì độ hấp thụ và độ lệch của chùm tia càng lớn thì plasma càng lớn.

- Độ dày của đám mây plasma bị ảnh hưởng bởi khí hàn. Helium làm giảm đám mây plasma, trong khi argon nở đám mây plasma. Khí hàn cũng phục vụ để bảo vệ khu vực hàn và, ví dụ, argon nặng và trung tính chiệu quả làm thay đổi không khí từ khu vực hàn (vị trí phẳng). Helium là một khí trơ rất nhẹ, dễ dàng tách ra khỏi khu vực hàn..

H.2. Sơ đồ mô phỏng nguyên lý quá trình hình thành mối hàn laser: 1 và 2 - các tấm vật liêu cơ bản;

- Trong laser công suất cao, 3 kW và hơn nữa, cả hai loại khí được sử dụng như một khí hàn trong hỗn hợp để đáp ứng hai yêu cầu cùng một lúc: hàn tốt che chắn và giảm đám mây plasma

- Chiều rộng của mối hàn thu được từ 0.2mm đến 13mm. Trong thực tế, chủ yếu là các mối nối nhỏ được sử dụng. Quá trình hàn vật liệu bằng chùm tia laser có thể được kiểm soát cả bởi cường độ của nguồn điện và bởi vị trí của tiêu điểm của cụm.

H.3. Sơ đồ mô phỏng quá trình hàn laser

4. ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP HÀN LASER:

a. Ưu điểm

+ Có thể hàn laser cho các mối hàn cùng hoặc khác chất liệu.

+ Tia laser có thể kiểm soát được độ chính xác cao, điểm hàn cũng có thể đặt được chính xác.

+ Tốc độ nung nóng cũng như làm nguội cao, vùng ảnh hưởng nhiệt là nhỏ nên hàn lazer tốt cho các để tạo liên kết với các bộ phận dễ ảnh hưởng bởi nhiệt.

+ Quy trình hàn thu được mối hàn sạch và thường ít phải làm sạch mối hàn.

b. Nhược điểm

+ Không thật tối ưu khi hàn các chi tiết kim loại dầy: vì như vậy có thể sẽ gây ra những khuyết tật hàn trong thép cacbon cao; đồng thời giá thành cao do giá trang thiết bị cao.

c. Ứng dụng

- Nhờ công nghệ này, có thể tạo liên kết hàn bền vững cho tất cả các kim loại và hợp kim như là hàn điện tử. Ngoài ra, không chạn chế về hàn thép, vật liệu xốp, sinters, thép đúc, v.v. như là trường hợp với hàn điện tử. Laser công suất thấp được sử dụng trong các thiết bị điện tử hàn điểm. Laser công suất cao (trên 1.5kW) cho phép hàn các phần tử lớn hơn từ vật liệu dày tới 25mm. Cường độ của laser cho các ứng dụng hàn công nghiệp là từ 1 đến 6 kW.

- Laser hàn đặc biệt thích hợp khi kết hợp một số lượng lớn các vật nhỏ với độ dày nhỏ với công suất vượt quá 1200 mối nối mỗi giờ. Hàn Laser cũng được sử dụng để kết nối các bộ phận của bánh răng, phẳng và vành đai mông khớp nối chịu tải khác nhau, hàn theo chiều dọc của đường ống, đặc biệt là trong ngành công nghiệp thực phẩm, phần ống với sàng tấm, v.v.

- Hàn laser được ứng dụng căn bản trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, điện tử, thực phẩm, kỹ thuật điện và y tế - tạo ra các liên kết chất lượng tuyệt vời và hiệu quả kinh tế cao.

- Tại các phòng thí nghiệm, phòng khám nha khoa hiện đại ngày nay máy hàn laser có thể giúp các kỹ sư, nha sỹ trong việc chế tạo và sửa chữa tái tạo các móc đúc, vòng viền răng, cột chống răng, hàn nới vết đúc răng, và nhiều ứng dụng sửa chữa khác, biến phòng nha của bạn trở thành một xưởng sản xuất nhỏ với đầy đủ những tiện ích cần thiết Hàn lazer được sử dụng trong công nghiệp điện tử, hàn các thiết bị y tế, đồ trang sức, trong chế tạo máy, như các hệ thống tự động sản xuất ô tô, máy kéo, trong công nghiệp nhẹ

5. THIẾT BỊ HÀN, CẮT LASER:

- Nguyên tắc cấu tạo của máy hàn và máy cắt lazer là gần như nhau, tuy nhiên máy hàn có thể được bổ sung thêm bộ cấp khí bảo vệ, cũng như hệ thống cấp kim loại phụ tùy thuộc theo yêu cầu mối hàn.

+ Máy hàn lazer cấu tạo bao gồm một tinh thể hồng ngọc hình trụ. Hồng ngọc là hợp kim nhôm oxit có chứa hợp chất hoạt tính Crom. Hồng ngọc được sử dụng thường là sản phẩm nhân tạo.

+ Hai đầu của tinh thể hồng ngọc là 2 gương phản xạ một gương phản xạ toàn phần, một gương phản xạ bán toàn phần có một lỗ nhỏ cho việc phát tia lazer.

+ Tinh thể hồng ngọc được bao quang hoặc nằm trong lõi của đèn xoắn Xenon. Đèn Xenon đóng vai trò là nguồn cấp xung. Cả hệ thống đèn lõi hồng ngọc được chứa trong buồng phản xạ ánh sáng nhằm phản xạ tối đa ánh sáng vào tinh thể hồng ngọc. Đèn Xenon có tác dụng chuyển hóa năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng.

+ Một hệ thống làm mát sử dụng khí hoặc chất lỏng để bảo vệ thanh hồng ngọc không bị phá hỏng bởi nhiệt sinh ra.

+ Khi đèn xenon phát sáng toàn bộ năng lượng sẽ tập trung vào thanh hồng ngọc những Ion Cr+3 chứa trong thanh hồng ngọc bị kích thích lên mức năng lượng cao, khi tụt xuống chúng sẽ phát ra những lượng tử.

+ Hai hệ thống gương phản xạ lượng tử làm chúng đi lại nhiều lần trong thanh hồng ngọc và kích thích các Ion Cr+3 khác để rồi phóng ra các chùm tia điện tử khác.

+ Chùm tia lượng tử sau khi được tập trung sẽ được phát ra qua gương phản xạ bán phần 6. Chùm tia sẽ được tập trung lại qua hệ thống thấu kính và tập trung lên chi tiết gia công và chuyển thành nhiệt năng.

+ Nhiệt lượng làm vật liệu hàn tan chảy trên một diện tích nhỏ khí nguội các liên kết hàn trở lên đồng nhất.

+ Hàn lazer tùy từng vật liệu, tính chất mối hàn yêu cầu mà sử dụng khí bảo vệ cũng như kim loại bù thích hợp.

6. MÁY HÀN LASER:

 - Máy hàn laser là công cụ hàn bằng công nghệ laser, một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay và được phân chia thành nhiều loại máy với chức năng hàn khác nhau như: Máy hàn laser đốt theo khuôn (hay còn gọi là máy hàn thủ công), máy hàn laser tự động, máy hàn điểm laser, máy hàn truyền cáp quang, máy hàn ánh sáng,...

- Nếu bạn không muốn bỏ đi các mẫu sản phẩm, thiết bị, vật dụng đắt tiền còn có khả năng sử dụng một cách lãng phí thì chiếc máy hàn laser là giải pháp hàng đầu dành cho bạn. Sở dĩ máy hàn laser được các chuyên gia, nhà sản xuất sử dụng nhiều nhất hiện nay bởi khả năng xử lý chính xác, không để lại dấu vết nhiều như các phương thức hàn khác trước đây.