Phương pháp hàn laser đang trở nên cực kỳ phổ biến hiện nay vì hiệu quả cũng như khả năng tối ưu tốc độ làm việc của nó. Tuy nhiên, nhiều người vẫn chưa hiểu rõ về hàn laser là gì? Nguyên lý hoạt động của hàn laser có gì khác với các loại hàn khác, các ưu và nhược điểm của phương pháp hàn này là gì và làm thế nào để thực hiện đúng kỹ thuật. Vì thế trong bài viết dưới đây, Song Mã Việt sẽ giới thiệu đến bạn những thông tin cụ thể về phương pháp này.
1. Phương pháp hàn laser là gì?
Hàn laser là gì? Hàn laser được hiểu là phương pháp sử dụng chùm tia laser ở cường độ cao để nối nhựa nhiệt dẻo hoặc kim loại lại với nhau. Chùm tia laser này sẽ làm nóng chảy vật liệu, sau đó lớp nóng chảy này kết tinh lại tạo thành mối hàn chắc chắn.
Ngày nay, phương pháp hàn laser được ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghệ chế tạo như điện tử, hàn đồ trang sức, thiết bị y tế, hệ thống sản xuất ô tô, công nghiệp vũ trụ, quân sự,… Bởi lẽ, nó có khả năng hàn những chi tiết cực kỳ phức tạp như thân bánh răng – vành bánh răng, hàn giáp mối ống, kim loại màu, trục bậc,…
Trước khi quyết định có nên đầu tư vào công nghệ hàn laser hay không, hãy cùng tham khảo những ưu nhược điểm của phương pháp này dưới đây.
Xem thêm:
- Công nghệ hàn điện tiếp xúc-Hàn chập
- Công nghệ hàn dưới lớp thuốc là gì? Ứng dụng của hàn hồ quang tự động dưới
lớp thuốc bảo vệ
1.1 Ưu điểm
- Quá trình hàn không cần thêm vật liệu bổ sung.
Có thể hàn bằng tia laser xung hoặc laser liên tục mà vẫn đảm bảo tốc độ hàn cũng như chất lượng của mối hàn. - Thực hiện được trên nhiều vật liệu khác nhau như kim loại, nhựa nhiệt dẻo, gốm,… hoặc kết hợp nhiều tấm hợp kim, kim loại khác nhau.
- Có xảy ra biến dạng nhưng phần trăm cực kỳ nhỏ vì phương pháp hàn laser giúp tập trung năng lượng với tổn hao thấp.
- Mối hàn có bề rộng cực nhỏ, không gây mất thẩm mỹ.
- Dễ tự động hoá, cơ khí hoá với tốc độ hàn cao.
- Có thể hàn vật liệu cực mỏng đến cực dày (độ dày hàn được lên đến 30mm).
- Trong điều kiện từ trường cao vẫn có thể hàn được.
1.2 Nhược điểm
- Khó ứng dụng với những vật liệu phản xạ ánh sáng cao vì sẽ làm lệch hướng của chùm tia laser.
- Việc nguội nhanh làm tăng nguy cơ mối hàn bị rỗ khí, giòn.
- Hàn laser phát ra bức xạ tử ngoại, bức xạ nhiệt,… lớn và có thể gây nguy hiểm đối với người đứng gần.
- Thiết bị hàn laser khá đắt tiền.
- Tốn kém chi phí đào tạo nhân công, chi phí bảo dưỡng và sửa chữa,…
Mặc dù tồn tại song song cả ưu điểm lẫn nhược điểm nhưng sử dụng chùm laser vẫn là phương pháp hàn được ưa chuộng vì đem lại hiệu quả cao.
2. Nguyên lý hoạt động của kỹ thuật hàn laser
Trong phương pháp hàn laser thường sử dụng chùm tia laser xung hoặc liên tục. Về nguyên lý hoạt động, nó được chia thành hai loại là hàn laser dẫn nhiệt và hàn laser thâm nhập sâu. Đặc biệt, phương pháp này có thể kết hợp với những quy trình hàn truyền thống.
Hàn dẫn nhiệt diễn ra khi mật độ công suất có giá trị nhỏ hơn 104 ~ 105W/cm2, chiều sâu hàn lúc này cạn. Vì thế, nó có thể nối các cạnh có thể nhìn thấy và các phần mỏng một cách dễ dàng. Cụ thể, độ sâu thường thấp hơn 2,5mm và tỷ lệ giữa chiều sâu và chiều rộng là 3:1.
Trong khi đó, hàn thâm nhập sâu diễn ra khi mật độ công suất có giá trị nhỏ hơn 105 ~ 107W/cm2. Lúc này, bề mặt của kim loại khi được nung nóng thì bị lõm vào và tạo thành hàn xuyên sâu. Ưu điểm của loại hàn này là có tốc độ nhanh và tỷ lệ giữa chiều sâu và chiều rộng khá lớn, lên đến 12:1. Hơn thế, chiều sâu tối đa có thể hàn được là 51mm.
2.1 Hàn laser dẫn nhiệt
Quá trình hàn laser dẫn nhiệt xảy ra khi chùm tia laser khiến những bộ phận giao phối cùng nằm dọc theo mối nối bị tan chảy. Phần tan chảy này sau một thời gian sẽ đông đặc lại và hình thành nên mối hàn.
Năng lượng laser trong quá trình này chỉ thông qua quá trình dẫn nhiệt mà được chuyển vào các phôi. Tùy vào khả năng dẫn nhiệt của phôi mà độ sâu tối đa của mối hàn cũng bị giới hạn. Vì thế mà kích thước chiều rộng mối hàn luôn có giá trị lớn hơn chiều sâu của nó.
Thông thường, phương pháp hàn laser dẫn nhiệt này thường được ứng dụng trong những trường hợp mối hàn đòi hỏi thẩm mỹ cao.
2.2 Hàn laser thâm nhập sâu
Nguyên lý hoạt động của phương pháp hàn laser thâm nhập sâu diễn ra như sau: Khi mật độ công suất đạt đến giá trị đủ lớn, nhiệt sẽ không còn tản đi nhanh nữa. Lúc này, ngoài nóng chảy thì phôi sẽ còn bốc hơi.
Plasma hoặc kim loại hóa hơi sẽ nở ra tạo thành một đường hầm hoặc lỗ khóa xuyên sâu xuống mối hàn. Cho đến khi chùm laser di chuyển trên bề mặt phôi, từ lỗ khóa này sẽ hình thành nên mối hàn hẹp, sâu.
3. Phương pháp hàn laser chuẩn kỹ thuật
Kỹ thuật hàn laser so với kỹ thuật hàn que, kỹ thuật hàn tig hay kỹ thuật hàn gió đá,… được đánh giá cao hơn cả, là công nghệ hàn tiên tiến, hiệu quả nhất ngày nay. Khi nắm rõ về nó cũng như thực hiện đúng kỹ thuật, những mối hàn càng trở nên chắc chắn, thẩm mỹ.
3.1 Phương pháp hàn laser
Với đa dạng các phương pháp hàn như hiện nay (hàn 6g, hàn saw, hàn hồ quang điện cực lõi thuốc,hàn laser..). Để đảm bảo một mối nối tốt, bền, đẹp cần phân loại rõ và thực hiện đúng phương pháp, để cho chuẩn thì ta cần phải căn cứ vào loại, chất lượng và độ dày của vật liệu cần hàn. Bởi lẽ, tùy thuộc vào đặc điểm của vật liệu mà lựa chọn phương pháp hàn sao cho phù hợp. Trong số những phương pháp hàn, phương pháp hàn dẫn đem đến những mối hàn nông mà rộng nhất.
3.2 Phương pháp hàn gia nhiệt trực tiếp
Đây là phương pháp ứng dụng sự dẫn nhiệt để làm cho vật liệu nóng chảy. Từ sự nóng chảy này sau khi đông cứng lại sẽ tạo thành những mối hàn.
3.3 Phương pháp truyền năng lượng
So với gia nhiệt trực tiếp, phương pháp truyền năng lượng sử dụng thêm vật liệu trung gian để có thể dẫn nhiệt đến mối hàn. Nguyên lý hoạt động cũng tương tự, hướng nhiệt năng vào các khớp cần hàn để làm nóng chảy và ngưng tụ thành các mối hàn. Quy trình này có thể thực hiện theo hai cơ chế:
- Cơ chế thâm nhập: Ứng dụng năng lượng trung bình để tạo ra lỗ sâu. Lỗ này có kích thước sâu hơn phương pháp dẫn điện nhưng lại nông hơn phương pháp xuyên thấu.
- Cơ chế hàn thâm nhập/ lỗ khóa: Sử dụng chùm tia laser và tập trung vào vật liệu để tạo ra nhiệt xuyên sâu.
Ở cơ chế lỗ khóa, mối hàn được tạo ra thường có tỷ lệ giữa chiều sâu và chiều rộng lớn, đảm bảo tính thẩm mỹ và chắc chắn cho vật liệu.
4. Một số lưu ý khi hàn laser
Khi ứng dụng công nghệ hàn laser trên quy mô công nghiệp, có một vài lưu ý mà doanh nghiệp nhất định phải nhớ. Điều này sẽ giúp công việc được hoàn thành nhanh chóng hơn và đảm bảo chất lượng cho sản phẩm.
- Kỹ thuật viên trước khi thực hiện hàn laser phải tìm hiểu rõ ràng về công việc sẽ làm và loại laser sẽ sử dụng.
- Trong quá trình thực hiện cần phải loại bỏ kĩ những xỉ hàn. Vì nếu nó đọng lại thì có thể gây ra tình trạng mối hàn nhanh bị hỏng chỉ sau một thời gian ngắn. Hầu hết, đây là trường xảy ra ở phương pháp hàn laser xung.
- Cần phân bổ đều nhiệt laser dọc theo bề mặt của kim loại. Việc phân bổ không đều sẽ khiến mối hàn thiếu đi sự chắc chắn.
- Trường hợp phải hàn trên bề mặt quang học, hãy hết sức cẩn thận vì chúng rất dễ bị hư hỏng.
Hơn hết, ban hãy đầu tư cho mình những thiết bị máy hàn laser đảm bảo chất lượng. Đồng thời, cần cân nhắc những chi phí đầu tư ban đầu dành cho những thiết bị này như chi phí mua mới, bảo trì, vận chuyển,… nhé!
Trên đây là những thông tin chi tiết về phương pháp hàn laser đang được ứng dụng rộng rãi ngày nay. Hy vọng bạn đọc đã hiểu rõ hàn laser là gì và sẽ trang bị được cho mình những kiến thức hữu ích nhé!
