Hàn laser

Trong phương pháp hàn laser, một chùm ánh sáng tập trung có mật độ năng lượng cao (đường kính chùm 0,1 ... 2 mm) được sử dụng để kết nối các bộ phận. Theo loại chùm ánh sáng, hàn laser có thể được xung và liên tục. Các mối nối điểm được hàn theo kiểu xung, đối với các đường nối liên tục, bức xạ xung định kỳ hoặc liên tục được sử dụng. Hàn xung cũng được sử dụng khi cần đảm bảo biến dạng tối thiểu do gia nhiệt và độ chính xác cao, liên tục — để hàn tốc độ cao trong sản xuất nối tiếp hoặc hàng loạt.

Hàn laser được sử dụng để nối các vật liệu khác nhau: thép, titan, nhôm, kim loại chịu lửa, đồng, hợp kim kim loại, kim loại quý, lưỡng kim, với độ dày từ hàng chục đến vài mm. Tuy nhiên, hàn laser các kim loại phản chiếu như nhôm và đồng hơi khó. Hàn laser kim loại được thể hiện trong hình. 2.

Việc hàn các kim loại hoạt động được thực hiện bằng cách sử dụng khí bảo vệ dưới dạng một tia hướng vào khu vực tiếp xúc với chùm ánh sáng.

Ảnh 1 — Hàn bằng laser trạng thái rắn: 1 — môi trường hoạt tính (ruby, garnet, neodymium), 2 — đèn bơm, 3 — gương mờ, 4 — gương mờ, 5 — sợi quang, 6 — hệ thống quang học, 7 — chi tiết, 8 — chùm tia laze tại điểm lấy nét, 9, 10 — bộ tách chùm tia laze.

Ảnh 2 - Tính hàn của vật liệu

Theo độ sâu thâm nhập, có ba loại hàn laser:

1) vi hàn (dưới 100 micron),

2) hàn nhỏ (0,1 ... 1 mm),

3) hàn vĩ mô (hơn 1 mm).

Do độ sâu thâm nhập thường không vượt quá 4 mm, nên hàn laser được sử dụng rộng rãi chủ yếu trong sản xuất dụng cụ chính xác, sản xuất thiết bị điện tử, đồng hồ, chế tạo máy bay, công nghiệp ô tô, hàn ống và cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành kim hoàn.

Trước khi hàn đối đầu và hàn chồng lên nhau, đảm bảo khoảng cách 0,1 ... 0,2 mm. Với khoảng cách lớn, kiệt sức và thiếu tổng hợp có thể xảy ra.

Các thông số chính của chế độ hàn laser là:

1) thời lượng xung và năng lượng,

2) tần số xung,

3) đường kính của chùm sáng,

4) khoảng cách từ phần nhỏ nhất của chùm tia hội tụ đến bề mặt,

5) tốc độ hàn. Nó đạt 5 mm / s. Để tăng tốc độ, tần số xung được tăng lên hoặc sử dụng chế độ liên tục.

Công nghiệp sử dụng 2 loại laser để hàn laser:

1) laser trạng thái rắn - ruby, neodymium và YAG (dựa trên garnet nhôm yttrium);

2) laze khí CO2.

Gần đây, máy hàn laser cũng đã xuất hiện, bộ phận hoạt động của nó là sợi quang làm bằng thạch anh.Những tia laser như vậy cho phép hàn các vật liệu "có vấn đề" - đồng và đồng thau có hệ số phản xạ cao, titan.

Khả năng của các máy hàn laser khác nhau được thể hiện trong Bảng 1 và 2.

Ví dụ về các chế độ hàn laser khí CO2 được trình bày trong Bảng 3.

Bảng 1 - Chiều dày tấm và công suất laser hàn

Bảng 2 - Khả năng ứng dụng của laze

Bảng 3 - Các phương thức hàn giáp mép laze bằng laze khí

Đường kính của chùm tia laser thường là 0,3 mm. Các mối hàn giáp mép được hàn với chùm tia nhỏ hơn 0,3 mm có thể thiếu độ bám dính và thiếu độ ngấu. Hàn bằng laser lên đến 10 kW thường được thực hiện mà không cần chất độn.

Do diện tích nhỏ bị ảnh hưởng bởi nhiệt trong quá trình hàn laser, mối hàn nguội đi rất nhanh. Điều này có thể có cả hậu quả tiêu cực và tích cực đối với chất lượng của mối hàn. Nhiều kim loại cho các tính chất vật lý và cơ học tốt nhất với khả năng làm nguội nhanh các mối nối. Tuy nhiên, khi hàn thép không gỉ, điều này có thể dẫn đến gãy mối hàn. Tăng độ rộng xung lên 10 ms và làm nóng sơ bộ giúp loại bỏ hiện tượng này.

Với sự lựa chọn đúng đắn về vật liệu và chế độ hàn, hàn laser tạo ra các đường nối có chất lượng cao nhất.

Hệ thống laser có thể được chia thành 3 loại:

1) Thiết bị bao vây. Trong các thiết bị như vậy, phôi được đặt trong một không gian kín đặc biệt có chứa bầu không khí trung tính bảo vệ và chùm tia laze. Thợ hàn có thể điều khiển và giám sát quá trình hàn bằng hệ thống quang học đặc biệt.

2) Các thiết bị dành cho hàn ngoài trời.Chùm tia laze có nhiều bậc tự do và tạo ra các chuyển động được lập trình sẵn. Khu vực hàn được bảo vệ bởi dòng khí.

3) Các thiết bị dành cho hàn laser thủ công. Mỏ hàn laser rất giống với mỏ hàn TIG. Chùm tia laze được truyền tới ngọn đuốc bằng sợi quang. Trong quá trình hàn, thợ hàn một tay cầm mỏ hàn laze và tay kia cầm vật liệu hàn.

Bảng 4 - So sánh các loại hàn laze khác nhau

Ưu điểm của hàn laser bao gồm:

1) một khu vực nhỏ của hiệu ứng nhiệt của chùm tia laze trên vật liệu và kết quả là biến dạng nhiệt không đáng kể;

2) khả năng hàn ở những nơi khó tiếp cận, trong môi trường trong suốt với bức xạ laze (thủy tinh, chất lỏng, khí);

3) hàn vật liệu từ tính;

4) đường kính chùm tia sáng nhỏ, khả năng hàn vi mô, đường hàn hẹp với đặc tính thẩm mỹ tốt;

5) khả năng tự động hóa quy trình;

6) điều khiển linh hoạt chùm ánh sáng thông qua truyền quang;

7) tính linh hoạt của thiết bị laser (khả năng sử dụng để hàn và cắt, đánh dấu và khoan laser);

8) khả năng hàn các vật liệu khác nhau.

Nhược điểm của hàn laser:

1. Chi phí cao và độ phức tạp của thiết bị laser.

2. Yêu cầu cao về chuẩn bị, làm sạch mép hàn.

3. Không thể hàn các bộ phận có thành dày, không đủ điện.Việc tăng công suất của tia laser hàn bị hạn chế bởi thực tế là với tác động mạnh hơn của chùm tia laser lên kim loại, nó sẽ phân tán tích cực trong vùng hàn, làm hỏng hệ thống quang học của thiết bị và tắt tia laser trong vài giờ .