1. Công nghệ hàn laser：

Hàn laser là một trong những khía cạnh quan trọng của ứng dụng công nghệ gia công laser. Hàn laser là quá trình sử dụng năng lượng bức xạ của laser để đạt được hiệu quả hàn. Nguyên lý hoạt động của hàn laser là: Kích thích môi trường hoạt động của laser (như hỗn hợp CO2 và các loại khí khác, tinh thể YAG, nhôm garnet, v.v.) theo một cách cụ thể, khiến nó dao động qua lại trong bộ cộng hưởng, từ đó tạo thành chùm bức xạ kích thích. Khi chùm tia tiếp xúc với vật liệu, năng lượng của nó được vật liệu hấp thụ, và quá trình hàn có thể được thực hiện khi nhiệt độ đạt đến điểm nóng chảy của vật liệu.

2. Các thông số quan trọng củacông nghệ hàn laser：

2.1 Mật độ công suất:

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 khoảng thời gian micro giây, tạo ra lượng lớn hơi hóa. Do đó, mật độ công suất cao rất có lợi cho các quá trình loại bỏ vật liệu, chẳng hạn như đột dập, cắt và khắc. Đối với mật độ công suất thấp hơn, nhiệt độ bề mặt chỉ mất vài mili giây để đạt đến điểm sôi. Trước khi bề mặt bốc hơi, lớp dưới cùng đạt đến điểm nóng chảy, tạo điều kiện thuận lợi cho mối hàn nóng chảy.

2.2 Dạng sóng xung laser:

Khi chùm tia laser cường độ cao chiếu vào bề mặt vật liệu, 60-98% năng lượng laser trên bề mặt kim loại sẽ bị phản xạ và 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. Trong quá trình phát xung laser, độ phản xạ của kim loại thay đổi theo thời gian. Khi nhiệt độ bề mặt vật liệu tăng đến điểm nóng chảy, độ phản xạ sẽ giảm nhanh chóng. Khi bề mặt ở trạng thái nóng chảy, độ phản xạ ổn định ở một giá trị nhất định. 

2.3 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 nóng chảy và vùng ảnh hưởng nhiệt. Độ rộng xung càng dài, vùng ảnh hưởng nhiệt càng lớn, và độ sâu nóng chảy tăng theo công suất bằng 1/2 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. Kích thước mối hàn được tạo ra rộng và nông, đặc biệt phù hợp cho hàn chồng các tấm mỏng và dày.

Tuy nhiên, công suất đỉnh thấp hơn sẽ dẫn đến lượng nhiệt đầu vào dư thừa và mỗi vật liệu đều có độ rộng xung tối ưu có thể tối đa hóa độ sâu nóng chảy.

2.4 Lượng mất nét：

Hàn laser thường đòi hỏi một độ lệch tiêu cự nhất định, vì mật độ công suất ở tâm điểm hội tụ laser quá cao, dễ dàng bốc hơi thành lỗ. Trên mỗi mặt phẳng rời khỏi hội tụ laser, mật độ công suất phân bố tương đối đồng đều.

2.5 Có hai cách để làm mất nét:

Tiêu điểm dương và tiêu điểm âm. Mặt phẳng tiêu điểm nằm phía trên phôi đối với tiêu điểm dương, và ngược lại đối với tiêu điểm âm. Theo lý thuyết quang học hình học, khi khoảng cách giữa mặt phẳng tiêu điểm dương và tiêu điểm 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 của bể hàn thu được có phần khác biệt. Khi tiêu điểm âm, có thể đạt được độ sâu nóng chảy lớn hơn, điều này liên quan đến quá trình hình thành bể hàn.

2.6 Tốc độ hàn:

Tốc độ hàn có tác động lớn hơn đến độ sâu nóng chảy. Tăng tốc độ sẽ làm cho độ sâu nóng chảy nông hơn, nhưng nếu tốc độ quá thấp, vật liệu sẽ nóng chảy quá mức và phôi sẽ bị hàn xuyên qua. Do đó, có một dải tốc độ hàn phù hợp cho từng vật liệu cụ thể với công suất laser nhất định và độ dày nhất định, và độ sâu nóng chảy tối đa có thể đạt được ở giá trị tốc độ tương ứng.

2.7 Khí bảo vệ:

Khí trơ thường được sử dụng trong quy trình hàn laser để bảo vệ bể hàn, trong khi heli, argon, nitơ và các loại khí khác thường được sử dụng để bảo vệ trong hầu hết các ứng dụng. Vai trò thứ hai của khí bảo vệ là bảo vệ thấu kính hội tụ khỏi ô nhiễm hơi kim loại và hiện tượng bắn tóe các giọt chất lỏng. Trong quá trình hàn laser công suất cao, lực phun rất mạnh, và việc bảo vệ thấu kính lúc này càng cần thiết hơn. Tác dụng thứ ba của khí bảo vệ là nó có thể phân tán hiệu quả lớp chắn plasma do hàn laser công suất cao tạo ra. Hơi kim loại hấp thụ chùm tia laser và ion hóa nó thành plasma. Nếu có quá nhiều plasma, chùm tia laser sẽ bị plasma tiêu thụ ở một mức độ nào đó.

3. Hiệu quả độc đáo của công nghệ hàn laser:

So với công nghệ hàn truyền thống, nó có bốn tác dụng độc đáo:

3.1 Hiệu quả làm sạch mối hàn:

Khi chùm tia laser chiếu vào mối hàn, tỷ lệ hấp thụ tạp chất như oxit trong vật liệu vào tia laser cao hơn nhiều so với tỷ lệ hấp thụ kim loại vào tia laser. Do đó, tạp chất như oxit trong mối hàn nhanh chóng được nung nóng và bốc hơi, giúp giảm đáng kể hàm lượng tạp chất trong mối hàn. Do đó, hàn laser không những không gây ô nhiễm cho vật liệu mà còn có thể làm sạch vật liệu.

3.2 Hiệu ứng va chạm bùng nổ ánh sáng：

Khi mật độ công suất laser rất cao, kim loại trong mối hàn sẽ bốc hơi và bốc hơi mạnh dưới sự chiếu xạ của chùm tia laser mạnh. Dưới tác động của hơi kim loại áp suất cao, kim loại nóng chảy trong bể tạo ra một vụ nổ bắn tung tóe, và sóng xung kích mạnh mẽ của nó lan truyền theo hướng chiều sâu của lỗ, tạo thành một lỗ sâu kéo dài. Trong quá trình hàn laser liên tục, kim loại nóng chảy xung quanh liên tục lấp đầy các lỗ và ngưng tụ thành mối hàn nóng chảy sâu rắn chắc.

3.3 Hiệu ứng lỗ nhỏ của hàn nóng chảy sâu:

Dưới sự chiếu xạ của chùm tia laser có mật độ công suất lên đến 107W/cm², tốc độ năng lượng truyền vào mối hàn lớn hơn nhiều so với tốc độ dẫn nhiệt, đối lưu và mất bức xạ, khiến kim loại trong vùng chiếu xạ laser bốc hơi nhanh chóng, và dưới tác động của hơi nước áp suất cao, các lỗ nhỏ được hình thành trong bể. Loại lỗ này giống như lỗ đen trong thiên văn học, có thể hấp thụ toàn bộ năng lượng ánh sáng. Chùm tia laser đi qua lỗ này và chiếu trực tiếp xuống đáy lỗ. Độ sâu của lỗ quyết định độ nóng chảy.

3.4 Hiệu ứng hội tụ của các thành bên của lỗ trong bồn tắm lên tia laser:

Trong quá trình tạo lỗ trong bồn tắm dưới tác động của tia laser, góc tới của chùm tia laser chiếu vào thành bên của lỗ thường lớn, do đó chùm tia laser chiếu vào bị phản xạ trên thành bên của lỗ và truyền xuống đáy lỗ, tạo ra hiện tượng chồng chập năng lượng chùm tia trong lỗ, có thể làm tăng hiệu quả cường độ chùm tia trong lỗ. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng hội tụ thành bên của lỗ. Lý do tại sao laser có thể được sử dụng để hàn là dựa trên kết quả của các hiệu ứng trên.

4. Ưu điểm củacông nghệ hàn laser：

Hiệu ứng độc đáo của hàn laser khiến hàn laser có những ưu điểm sau:

4.1 Thời gian chiếu laser ngắn và quá trình hàn cực kỳ nhanh chóng, không chỉ có lợi cho việc nâng cao năng suất mà vật liệu hàn còn ít bị oxy hóa, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, thích hợp để hàn các linh kiện bán dẫn có độ nhạy nhiệt cao. Hàn laser không tạo xỉ hàn, không cần loại bỏ lớp oxit trên bề mặt chi tiết. Thậm chí có thể hàn xuyên qua kính, đặc biệt thích hợp để hàn các dụng cụ chính xác thu nhỏ.

4.2 Laser không chỉ có thể hàn các vật liệu kim loại cùng loại mà còn có thể hàn các vật liệu kim loại khác loại, thậm chí cả vật liệu kim loại và phi kim loại. Ví dụ, đối với mạch tích hợp dùng gốm làm nền, do nhiệt độ nóng chảy của gốm cao và áp suất không phù hợp nên khó có thể sử dụng các phương pháp hàn khác, nhưng hàn laser lại thuận tiện hơn. Tất nhiên, hàn laser không thể hàn tất cả các vật liệu khác loại.

Các lĩnh vực và ứng dụng hàn laser: 1. Hàn dẫn nhiệt chủ yếu được sử dụng trong gia công chính xác, chẳng hạn như lá kim loại, gia công cạnh, công nghệ y tế, v.v.; 2. Hàn nóng chảy sâu và hàn đồng thau chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, trong đó hàn nóng chảy sâu được sử dụng cho thân xe, hộp số, vỏ xe, v.v.; Hàn đồng thau chủ yếu được sử dụng để hàn thân xe; 3. Hàn dẫn laser có thể xử lý phi kim loại và có phạm vi ứng dụng rộng rãi. Nó có thể được sử dụng trong hàng tiêu dùng, ngành công nghiệp ô tô, vỏ điện tử, công nghệ y tế, v.v.; 4. Hàn composite chủ yếu phù hợp cho các kết cấu thép đặc biệt, chẳng hạn như sàn tàu.