Mục lục：
Các thông số quy trình hàn laser có độ chính xác cao
Phù hợp chocông nghệ hàn laser
Ưu điểm của hàn laser
Hàn nóng chảy sâu bằng laser có độ chính xác cao
Hàn laser thép nhập khẩu
1. Thông số quy trình hàn laser:
1.1 Mật độ công suất:
Mật độ công suất là một thông số quan trọng trong xử lý laser. Mật độ công suất cao hơn có thể nhanh chóng làm nóng lớp bề mặt đến điểm sôi chỉ trong vài micro giây, dẫn đến sự bay hơi đáng kể. Do đó, mật độ công suất cao có lợi cho các quy trình loại bỏ vật liệu, chẳng hạn như cắt, khắc và khoan. Mặt khác, mật độ công suất thấp hơn mất vài mili giây để đạt đến điểm sôi của nhiệt độ bề mặt. Điều này cho phép lớp dưới cùng đạt đến điểm nóng chảy trước khi lớp bề mặt bay hơi, giúp tạo ra mối hàn chắc chắn hơn. Do đó, mật độ công suất của hàn laser dẫn thường nằm trong khoảng 10^4 đến 10^6 W/cm².
1.2 Độ rộng xung laser:
Độ rộng xung là một thông số quan trọng trong hàn laser xung. Nó không chỉ khác với việc loại bỏ và làm nóng chảy vật liệu mà còn là yếu tố then chốt quyết định chi phí và khối lượng thiết bị gia công.
1.3 Ảnh hưởng của độ lệch tiêu điểm đến chất lượng hàn:
Hàn laser thường yêu cầu độ lệch tiêu cự nhất định, vì mật độ công suất ở tâm điểm hội tụ laser cao, dễ gây ra hiện tượng bay hơi và tạo lỗ. Mặt khác, mật độ công suất phân bố tương đối đồng đều trên mặt phẳng cách xa tiêu điểm laser.
Có hai chế độ lấy nét để lựa chọn: lấy nét dương và lấy nét âm. Lấy nét dương xảy ra khi mặt phẳng tiêu cự nằm phía trên phôi, và lấy nét âm xảy ra khi mặt phẳng tiêu cự nằm phía dưới phôi.
Độ lệch tiêu cực sẽ dẫn đến độ sâu nóng chảy lớn hơn, liên quan đến quá trình hình thành bể. Kết quả thực nghiệm cho thấy vật liệu bắt đầu nóng chảy trong vòng 50 đến 200us sau khi được nung nóng bằng tia laser, tạo thành kim loại pha lỏng và hơi nước áp suất thương mại, đồng thời phát ra ánh sáng trắng chói lọi với tốc độ cực cao.
Đồng thời, nồng độ hơi cao khiến kim loại lỏng di chuyển về phía mép bồn, tạo thành một chỗ lõm ở giữa bồn.
Khi sử dụng độ lệch tiêu âm, mật độ công suất bên trong vật liệu cao hơn mật độ công suất bề mặt, điều này có nhiều khả năng tạo ra sự nóng chảy và bay hơi mạnh hơn. Điều này cho phép năng lượng ánh sáng được truyền đến các phần sâu hơn của vật liệu, dẫn đến độ xuyên thấu cao hơn. Do đó, độ lệch tiêu âm nên được sử dụng cho độ sâu nóng chảy lớn hơn, trong khi độ lệch tiêu dương nên được sử dụng khi hàn các vật liệu mỏng trong các ứng dụng thực tế.
2.Công nghệ hàn laser：
1) Hàn từ tấm này sang tấm khác:
Bao gồm hàn đối đầu, hàn đầu, hàn thấm giữa và hàn đục lỗ giữa.
2) Hàn dây với dây:
Bao gồm hàn đối đầu dây với dây, hàn chéo, hàn chồng song song và hàn chữ T.
3) Hàn các thành phần dây và khối:
Hàn laser có thể được sử dụng để kết nối thành công dây dẫn với phần tử khối, và kích thước của phần tử khối có thể tùy ý. Khi hàn, cần chú ý đến hình dạng của phần tử đường.
4) Hàn các kim loại khác nhau:
Để hàn nhiều loại kim loại khác nhau, cần phải xác định khả năng hàn và phạm vi thông số khả năng hàn của chúng.
Cần lưu ý rằng hàn laser chỉ có thể thực hiện giữa các kết hợp vật liệu nhất định.
Mặc dù hàn bằng laser có thể không phù hợp để kết nối một số thành phần nhất định, nhưng laser có thể được sử dụng làm nguồn nhiệt để hàn mềm và hàn cứng, cũng có những ưu điểm của hàn laser.
Có nhiều phương pháp hàn khác nhau để lựa chọn. Hàn laser chủ yếu được sử dụng để hàn bảng mạch in (PCB), đặc biệt là công nghệ lắp ráp wafer.
3. Ưu điểm của hàn laser:
Gia nhiệt tại chỗ làm giảm nguy cơ hư hỏng do nhiệt đối với các bộ phận và tạo ra một vùng nhiệt nhỏ cho phép hàn gần các bộ phận nhiệt.
Phương pháp gia nhiệt không tiếp xúc có thể làm tan chảy nước mà không cần dụng cụ hỗ trợ. Điều này cho phép xử lý bảng mạch in hai mặt sau khi lắp đặt các linh kiện hai mặt.
Độ ổn định của các thao tác lặp lại, cùng với mức độ ô nhiễm thuốc hàn tối thiểu đối với dụng cụ hàn, khiến hàn laser trở thành một lựa chọn ưu việt. Ngoài ra, thời gian chiếu laser và công suất đầu ra dễ kiểm soát, và năng suất hàn laser cao.
Các thành phần quang học như bán thấu kính, gương, lăng kính và gương quét có thể được sử dụng để dễ dàng tách chùm tia laser, cho phép hàn nhiều điểm đối xứng cùng một lúc.
Hàn laser chủ yếu sử dụng tia laser có bước sóng 1,06um làm nguồn nhiệt, có thể truyền qua sợi quang. Điều này cho phép gia công các chi tiết khó hàn bằng phương pháp truyền thống, mang lại tính linh hoạt cao hơn.
Chùm tia laser có khả năng hội tụ tốt và dễ dàng tự động hóa các thiết bị đa trạm.
4. Hàn nóng chảy sâu bằng laser:
4.1 Công nghệ luyện kim và lý thuyết quá trình:
Quá trình luyện kim của hàn nóng chảy sâu bằng laser tương tự như hàn chùm tia điện tử, dựa vào cấu trúc "lỗ nhỏ" để hoàn thành quá trình chuyển đổi năng lượng.
Khi mật độ công suất đủ cao, vật liệu bốc hơi, tạo thành một lỗ nhỏ. Lỗ này chứa đầy hơi nước, giống như một vật đen, hấp thụ gần như toàn bộ năng lượng của ánh sáng chiếu tới. Nhiệt độ cân bằng trong khoang lỗ là khoảng 25.000 độ.
Nhiệt được truyền từ thành ngoài của khoang nhiệt độ cao, làm nóng chảy kim loại xung quanh. Lỗ này liên tục được lấp đầy bằng hơi nước nhiệt độ cao sinh ra do sự bay hơi của vật liệu thành khoang dưới chùm sáng.
Bốn bức tường của lỗ được bao quanh bởi kim loại nóng chảy, và kim loại nóng chảy lại được bao quanh bởi vật liệu rắn. Kim loại lỏng bên ngoài lỗ chảy và duy trì sự cân bằng động với áp suất hơi liên tục trong khoang lỗ.
Khi chùm ánh sáng di chuyển, lỗ vẫn giữ nguyên trạng thái ổn định. Điều này có nghĩa là lỗ nhỏ và kim loại nóng chảy xung quanh lỗ di chuyển về phía trước với tốc độ của chùm ánh sáng dẫn hướng. Kim loại nóng chảy lấp đầy khoảng trống do lỗ di chuyển để lại và ngưng tụ lại tạo thành mối hàn.
4.2 Các yếu tố ảnh hưởng:
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn nhiệt hạch sâu bằng laser là công suất laser, đường kính chùm tia laser, tốc độ hấp thụ vật liệu, tốc độ hàn, khí bảo vệ, tiêu cự thấu kính, vị trí hội tụ, vị trí chùm tia laser và khả năng điều khiển tăng hoặc giảm công suất laser khi bắt đầu và dừng hàn.
4.3 Đặc điểm của hàn nóng chảy sâu bằng laser:
1) Tỷ lệ khung hình cao: Khi kim loại nóng chảy hình thành xung quanh buồng hơi nước nhiệt độ cao hình trụ và kéo dài đến phôi, mối hàn trở nên sâu hơn và hẹp hơn.
2) Lượng nhiệt đầu vào tối thiểu: Do nhiệt độ của khoang nguồn cao nên quá trình nóng chảy diễn ra nhanh, lượng nhiệt đầu vào của phôi nhỏ, vùng biến dạng nhiệt và vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ.
3) Mật độ cao: Do các lỗ nhỏ chứa đầy hơi nước ở nhiệt độ cao tạo điều kiện cho quá trình khuấy trộn của bồn và thoát khí, do đó tạo thành mối hàn nóng chảy không xốp.
Tốc độ làm nguội nhanh sau khi hàn, tổ chức mối hàn dễ tinh chỉnh.
4) Gia cố mối hàn.
5) Kiểm soát chính xác.
6) Quy trình hàn không tiếp xúc, trong khí quyển.
4.4 Ưu điểm của hàn nóng chảy sâu bằng laser:
So với các phương pháp truyền thống, mật độ công suất của chùm tia laser hội tụ cao hơn, do đó tốc độ hàn nhanh hơn. Ngoài ra, nó có thể hàn các vật liệu chịu lửa như titan và thạch anh với vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn và biến dạng nhỏ hơn.
Chùm tia laser dễ truyền và kiểm soát, loại bỏ nhu cầu thay thế thường xuyên mỏ hàn và vòi phun, do đó giảm thời gian chết máy và cải thiện hệ số tải cũng như hiệu quả sản xuất.
Quá trình thanh lọc và tốc độ làm mát cao giúp cải thiện độ bền mối hàn và hiệu suất tổng thể.
Lượng nhiệt đầu vào thấp và độ chính xác gia công cao của hàn laser giúp giảm chi phí xử lý lại, khiến đây trở thành giải pháp tiết kiệm chi phí.
Hàn bằng laser có thể dễ dàng tự động hóa và kiểm soát hiệu quả cường độ chùm tia cũng như vị trí chính xác.
4.5 Thiết bị hàn nóng chảy sâu bằng laser:
Generally speaking, carbon steel laser welding has a good effect, and the welding quality mainly depends on the impurity content.
Like other welding processes, sulfur and phosphorus are factors that affect the sensitivity of welding cracks.
In order to achieve satisfactory welding quality, preheating is required when the carbon content exceeds 0.25%.
When welding steel with different carbon content, it is recommended to tilt the welding torch slightly to the side of the low-carbon material to ensure the quality of the joint.
Due to the high sulfur and phosphorus content, low-carbon boiling steel is not suitable for laser welding.
Due to the low impurity content, the welding effect of low-carbon sedative steel is excellent.
Medium and high carbon steel and ordinary alloy steel can also be effectively laser welded. However, preheating and post-welding treatment are necessary to eliminate stress and prevent crack formation.
5. Laser welding of steel：
5.1 Laser welding of carbon steel and ordinary alloy steel：
Generally speaking, carbon steel has good laser welding performance, and the welding quality is affected by the impurity content.
Similar to other welding techniques, sulfur and phosphorus are the key factors that cause welding cracks.
When the carbon content exceeds 0.25%, preheating must be carried out to achieve the ideal welding quality.
When welding steel with different carbon content, tilt the welding torch to the side with low carbon content to ensure the quality of the joint.
Due to the high sulfur and phosphorus content, laser welding is not recommended for low-carbon boiling steel.
Low-carbon carbon steel exhibits excellent welding effect due to its low impurity content.
Both medium and high carbon steels and ordinary alloy steels can be effectively laser welded, but preheating and post-welding treatment are required to eliminate stress and prevent the formation of cracks.
5.2 Laser welding of stainless steel：
Generally speaking, laser welding of stainless steel is easier to obtain high-quality joints than traditional welding. This is because the small heat-affected zone with high welding speed makes sensitization no longer a problem.
Compared with carbon steel, stainless steel has lower thermal conductivity and is easier to achieve deep melt welding and narrow welds.
5.3 Laser welding between different metals：
Laser welding has a fast cooling speed and a small heat-affected zone, which creates favorable conditions for the compatibility of different tissue materials after a variety of different metals are melted.