Hàn laser là gì? Sự phát triển hiện tại củacông nghệ hàn laser? Những lĩnh vực nào có thểcông nghệ hàn laser được áp dụng cho? Hàn laser là gì?
Nói một cách đơn giản, hàn laser là làm nóng bề mặt của phôi bằng bức xạ laser, nhiệt bề mặt khuếch tán vào bên trong thông qua dẫn nhiệt, sau đó bằng cách kiểm soát độ rộng, năng lượng, công suất cực đại, tần số lặp lại và các thông số khác của xung laser, phôi được làm nóng chảy để tạo thành một bể cụ thể, để đạt được mối hàn.
Hàn laser có thể giảm thiểu lượng nhiệt cần thiết đi vào, phạm vi thay đổi kim loại ở vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt là nhỏ và biến dạng do dẫn nhiệt cũng thấp nhất.
Hàn không tiếp xúc giúp giảm thiểu hao mòn và biến dạng thiết bị. Chùm tia laser dễ dàng hội tụ, căn chỉnh và được dẫn hướng bằng các dụng cụ quang học. Nó có thể được đặt ở khoảng cách thích hợp so với phôi và có thể được dẫn hướng lại giữa các dụng cụ hoặc chướng ngại vật xung quanh phôi.
Chùm tia laser có thể tập trung vào một vùng rất nhỏ, có thể hàn các chi tiết nhỏ và gần nhau. Phạm vi vật liệu hàn rất rộng, và nhiều loại vật liệu không đồng nhất cũng có thể được ghép nối với nhau.
Dễ dàng thực hiện hàn tốc độ cao bằng phương pháp tự động hóa, đồng thời có thể điều khiển bằng kỹ thuật số hoặc máy tính. Khi hàn dây mỏng hoặc có đường kính nhỏ, không xảy ra sự cố như nóng chảy ngược.
Mục lục：
Tình trạng phát triển của công nghệ hàn laser
Kim loại công nghệ hàn laser
Hàn laser hiệu quả đồng và hợp kim đồng
Hàn xoay laser hợp kim nhôm
Ứng dụng hiện tại của công nghệ hàn laser trong nhiều lĩnh vực khác nhau
Ứng dụng của công nghệ hàn laser trong lĩnh vực sản xuất ô tô
Xu hướng phát triển của công nghệ hàn laser
Tình trạng phát triển củacông nghệ hàn laser：
Công nghệ hàn laser Công nghệ laser đã được phát triển cùng với sự phát triển của công nghệ laser. Trong những năm gần đây, các nguồn sáng mới như laser xanh lam, laser xanh lục và laser femto giây, cũng như các quy trình mới như hàn xoay và hàn điểm vòng điều chỉnh độ sáng ARM (ARM Ringmode) đã liên tục được giới thiệu, giải quyết một cách sáng tạo một số vấn đề hàn trong sản xuất công nghiệp, cho phép hàn laser được thúc đẩy và phát triển nhanh chóng trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp.
Kim loạicông nghệ hàn laser：
Mật độ năng lượng cao của laser cho phép hàn một số vật liệu kim loại khó hàn, nhưng vẫn còn một số vấn đề khi hàn các vật liệu có độ phản xạ cao như vàng, bạc, đồng, nhôm và các vật liệu kim loại khác. Những lý do chính bao gồm:
1. Với độ phản xạ cao và độ dẫn nhiệt cao, hàn laser đòi hỏi công suất khởi động cao hơn;
2. Trong quá trình hàn laser công suất cao, nó nhạy cảm hơn với những thay đổi về trạng thái bề mặt của vật liệu, dẫn đến việc hình thành mối hàn/mối hàn kém.
3. Tốc độ hàn laser nhanh, dẫn đến khuyết tật hàn như xuất hiện lỗ rỗng bên trong mối hàn, đặc biệt là nhôm và hợp kim nhôm.
Hàn laser hiệu quả đồng và hợp kim đồng:
Đồng có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất sản phẩm điện tử và xe điện. Trong số đó, động cơ điện, pin, cảm biến, dây điện và đầu nối là những sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất.
Trước đây, hàn laser kim loại chủ yếu dựa vào laser hồng ngoại. Tuy nhiên, độ dẫn nhiệt của đồng quá cao, gần gấp 5 lần so với sắt nguyên chất và 1,7 lần so với nhôm nguyên chất. Tỷ lệ hấp thụ laser hồng ngoại của đồng thấp. Việc sử dụng laser hồng ngoại để hàn tuyến tính có cửa sổ quy trình không ổn định và độ sâu nóng chảy dao động lớn nhất. Dễ xảy ra hiện tượng bắn tóe hàn, bắn tóe kim loại nóng chảy, rỗ khí và dao động lớn về độ sâu thâm nhập, v.v.
Do đó, sau khi xuất hiện tia laser bước sóng ngắn công suất cao, hàn laser khả kiến và hàn composite đã trở thành phương pháp gia công lý tưởng cho các vật liệu có độ phản xạ cao như đồng và hợp kim đồng.
1. Hàn laser xanh:
Laser xanh lá cây là một loại ánh sáng khả kiến có bước sóng từ 500~560nm. Tỷ lệ hấp thụ đồng thành ánh sáng xanh lá cây có bước sóng λ=515nm cao tới 40%, gấp khoảng 8 lần tỷ lệ hấp thụ của ánh sáng hồng ngoại khoảng 1µm, hiệu suất ghép năng lượng cao hơn, độ nhạy với mức độ oxy hóa bề mặt cũng giảm.
Việc sử dụng laser xanh có thể làm giảm đáng kể ngưỡng công suất hàn đồng nóng chảy sâu, lượng đồng nóng chảy và bắn tóe trên bề mặt mối hàn rất nhỏ, và hầu như không bị ảnh hưởng bởi tốc độ hàn. Nếu tăng cường quét chùm tia, điều chỉnh độ lệch chùm tia và điều chỉnh công suất laser chính xác, chất lượng hàn có thể được cải thiện đáng kể. Đồng thời, số lượng khuyết tật mối hàn được giảm đáng kể, bề mặt mối hàn cũng sẽ đều đặn và đồng đều hơn.
2. Hàn laser xanh:
Bước sóng càng ngắn, năng lượng photon càng cao, có lợi cho việc cải thiện tỷ lệ hấp thụ của vật liệu đối với laser. Bước sóng của laser xanh là 400nm ~ 500n. Laser bán dẫn dựa trên vật liệu gali nitride có thể trực tiếp tạo ra laser có bước sóng 450nm mà không cần nhân đôi tần số. Ưu điểm của nó là cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng, hiệu suất chuyển đổi điện-quang và tỷ lệ hấp thụ cao.
So với laser sợi quang thường được sử dụng trong gia công công nghiệp, laser xanh lam có tỷ lệ hấp thụ vật liệu kim loại ở bước sóng 450nm tăng 10-60%, đặc biệt là đối với đồng, vàng và các vật liệu kim loại có độ phản xạ cao khác. Sự gia tăng tỷ lệ hấp thụ này rõ ràng hơn. Đã được kiểm chứng rằng mức tiêu thụ năng lượng cần thiết để hàn đồng thấp hơn 84% so với laser hồng ngoại, nghĩa là khi laser hồng ngoại cần công suất laser 10 W để hàn đồng, thì laser xanh lam chỉ cần công suất khoảng 1 kW hoặc 0,5 kW.
3. Hàn composite chùm tia kép:
Sử dụng quy trình hàn composite chùm tia kép hồng ngoại-khả kiến. Thông qua laser khả kiến công suất thấp, laser hồng ngoại có thể thực hiện hàn đồng nóng chảy cưỡng bức khi ngưỡng công suất hàn nóng chảy thấp hơn, và lượng bắn tóe hàn giảm đáng kể. Chi phí thiết bị thấp và chất lượng hàn cao. Được đánh giá là có những ưu điểm vượt trội và triển vọng ứng dụng tốt.
Hàn xoay laser hợp kim nhôm：
Khi hàn hợp kim nhôm bằng chùm tia laser đơn tiêu điểm thông thường, lỗ rỗng là một khuyết tật thường gặp. Nguyên nhân chính dẫn đến sự hình thành lỗ rỗng trong hợp kim nhôm là:
1. Bồn hàn và lỗ khóa rung động mạnh và dễ sụp đổ và ổn định, hình thành lỗ rỗng;
2. Độ hòa tan của hydro trong hợp kim nhôm sẽ giảm mạnh khi nhiệt độ giảm, dẫn đến sự kết tủa hydro quá bão hòa trong quá trình đông đặc, hình thành các lỗ rỗng hydro. Sự xuất hiện của các lỗ rỗng có thể gây ra sự tập trung ứng suất trong mối hàn, từ đó gây ra nứt mối hàn trong quá trình đông đặc.
Hàn xoay laser: Trong quá trình hàn, chùm tia sáng di chuyển theo hướng hàn và xoay theo nhiều hình dạng khác nhau như hình tròn, hình số 8 và hình xoắn ốc cùng một lúc.
Hiện nay, việc thực hiện chuyển động chùm tia chủ yếu được thực hiện thông qua một điện kế có khả năng chịu được tia laser công suất cao. Diện tích tác động của chùm tia laser khi hàn chuyển động tăng lên, giúp tăng diện tích lỗ khóa và bồn hàn cũng như kích thước gốc bồn hàn, cải thiện độ ổn định của lỗ khóa và bồn hàn, đồng thời cải thiện đáng kể các khuyết tật như độ ngấu kém và cạnh cắn. Đồng thời, việc khuấy bồn hàn bằng chùm tia dao động làm tăng tốc độ đối lưu của bồn hàn, giúp tăng tốc độ thoát bọt khí trong bồn và giảm độ xốp.
Ứng dụng hiện tại củacông nghệ hàn lasertrong nhiều lĩnh vực khác nhau:
Laser được sử dụng để hàn không muộn hơn so với cắt và được sử dụng trong một số lĩnh vực như khuôn mẫu, nhân vật quảng cáo, kính, đồ trang sức, v.v., ở quy mô rất hạn chế. Trong những năm gần đây, với sự cải tiến liên tục của công suất laser, quan trọng hơn là laser bán dẫn và laser sợi quang đã dần phát triển các kịch bản ứng dụng hàn laser, phá vỡ nút thắt kỹ thuật hàn laser ban đầu và mở ra không gian thị trường mới.
Ứng dụng củacông nghệ hàn lasertrong lĩnh vực sản xuất ô tô:
Trong sản xuất xe,công nghệ hàn laser chủ yếu được sử dụng trong hàn laser các tấm thép dày, hàn lắp ráp laser các bộ phận ô tô và lắp ráp hệ thống phụ, hàn laser các bộ phận xe và các quy trình khác. Ứng dụng củacông nghệ hàn laser Việc hàn laser đã được các nhà sản xuất ô tô ở một số nước châu Âu và Hoa Kỳ triển khai khá sớm. Bắt đầu từ những năm 1980, các thương hiệu ô tô quen thuộc như Audi, Mercedes-Benz và General Motors đã bắt đầu đưa công nghệ hàn laser vào sản xuất ô tô vào thời điểm đó, thúc đẩy ứng dụng và phát triển sâu rộng công nghệ hàn laser trong lĩnh vực sản xuất ô tô.
Xu hướng phát triển củacông nghệ hàn laser：
Với sự phát triển và đột phá hơn nữa của công nghệ hàn, tính độc đáo của nó đã được chứng minh nhiều hơn nữa trong quá trình nghiên cứu và phát triểncông nghệ hàn laserCông nghệ hàn laser có thể thực hiện hàn vật liệu kim loại nhanh chóng và hiệu quả. Nhờ đặc tính hội tụ cao, chùm tia laser khi được tạo ra có thể tạo ra mật độ công suất cực cao bên trong chùm tia laser, cho phép chùm tia laser giải phóng một lượng lớn năng lượng nhiệt trong thời gian cực ngắn, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất hàn và đảm bảo chất lượng hàn.
Do những lợi thế hàn tức thời củacông nghệ hàn laser, nó có một phạm vi ứng dụng rất rộng. Trong quá trình ứng dụng thực tế củacông nghệ hàn laser, khi chùm tia laser chiếu trực tiếp vào bề mặt vật liệu kim loại, nó không ảnh hưởng đến bề mặt vật liệu kim loại bên ngoài khu vực chiếu xạ, do đó không gây ra thiệt hại lớn hơn cho bề mặt vật liệu kim loại trong quá trình hàn và sau khi quá trình hàn hoàn tất, không cần xử lý bề mặt liên quan, giúpcông nghệ hàn laser đặc biệt thích hợp để xử lý bề mặt của nhiều bộ phận chính xác, do đó các hoạt động hàn khó hơn cũng có thể được thực hiện nhanh chóng.
Ngoài ra, trong các thông số kỹ thuật hàn trước đây, thường quy định rằng các yêu cầu về vật liệu đối với tất cả các vật liệu hàn phải giống nhau và vớicông nghệ hàn laser, không cần phải có những hạn chế lớn về vật liệu của vật liệu hàn, vì vậy ngay cả khi đó là vật liệu hàn có nhiều vật liệu khác nhau,công nghệ hàn laser Có thể được sử dụng để đạt được hiệu quả hàn dễ dàng. Có thể nói, sự hình thành và ứng dụng rộng rãi của công nghệ hàn laser không chỉ khắc phục hiệu quả những vấn đề của công nghệ hàn truyền thống mà còn giảm bớt độ khó của các thao tác hàn truyền thống.
Sau hơn nửa thế kỷ phát triểncông nghệ hàn lasertrình độ kỹ thuật của nó cũng ngày càng hoàn thiện hơn và dần được ứng dụng rộng rãi trong ngày càng nhiều lĩnh vực công nghiệp.
Trong các lĩnh vực ứng dụng của ngành hàng không vũ trụ, thiết bị điện tử, sản xuất máy móc, luyện kim sắt thép, sản xuất ô tô, thiết bị y tế và các ngành công nghiệp khác,công nghệ hàn laser đang đóng một vai trò ngày càng quan trọng. Ví dụ, trong sản xuất phụ tùng ô tô,công nghệ hàn laser có thể được sử dụng để xử lý và sản xuất các bộ phận được phủ của xe, và các nước tiên tiến như Hoa Kỳ và Nhật Bản cũng đã áp dụngcông nghệ hàn laser để sản xuất các bộ phận hàng không trong môi trường nitơ tinh khiết.