Quy Trình Hàn Bằng Laser – Các Thông Số
Một hệ thống hàn laser bao gồm: nguồn laser, sợi quang truyền dẫn, đầu hội tụ-collimator hoặc gương quét (galvanometer), v.v. Ánh sáng phát ra từ sợi quang có tính phân kỳ và cần được chuyển thành chùm tia song song nhờ thấu kính collimator, sau đó được hội tụ bởi một thấu kính tập trung (hiệu ứng kính lúp). Các thông số kỹ thuật chính trong quá trình hiệu chỉnh quy trình hàn laser bao gồm: công suất, tốc độ, lượng lệch tiêu điểm và khí bảo vệ.
Nói chung, trước khi xác định các thông số cho một chi tiết gia công, cần phải xác định trước tốc độ gia công. Việc này đòi hỏi phải trao đổi với khách hàng để xác định tốc độ dựa trên nhu cầu của họ. Ví dụ, nếu có yêu cầu về thời gian chu kỳ sản xuất và năng suất đầu ra, tốc độ xấp xỉ có thể được xác định bằng cách tính ngược lại. Sau đó, có thể điều chỉnh quy trình dựa trên giá trị này.
Thông thường, tốc độ quá cao sẽ dẫn đến đặc tính dạng chữ V như minh họa trong hình.
Công suất: Đây là công suất hàn laser, thường được thiết lập thông qua dạng sóng. Hàn laser là một quá trình chuyển đổi năng lượng liên quan đến việc truyền nhiệt và hấp thụ nhiệt. Do đó, việc điều khiển dạng sóng và công suất đòi hỏi kinh nghiệm phong phú. Các yếu tố như vật liệu, độ dày, loại mối hàn và thiết bị sử dụng đều khác nhau. Để đạt hiệu suất tối ưu, cần đặc biệt chú ý đến năng lượng; các thay đổi dạng sóng sẽ ảnh hưởng đến sự thay đổi năng lượng trên một đơn vị diện tích. Phần mềm thường bao gồm thiết lập này, có thể theo dõi để tích lũy kiến thức về cách các loại vật liệu khác nhau tác động đến sự thay đổi năng lượng. Kiểm soát nứt thường đòi hỏi nhiều kinh nghiệm hơn. Đặc trưng kim tương tương ứng với công suất trong hàn đường thẳng là chiều sâu mối hàn và chiều rộng mối hàn. Nếu chiều sâu và chiều rộng mối hàn quá nhỏ, cần tăng năng lượng; nếu chúng quá lớn, cần giảm năng lượng.
Các mức công suất khác nhau ảnh hưởng trực tiếp đến độ sâu chảy, như thể hiện trong hình, đây là sơ đồ vi cấu trúc kim loại mô tả độ sâu chảy ở các mức năng lượng khác nhau.
Năng lượng không đủ thường dẫn đến các mối hàn một phần hoặc hàn không đầy đủ, như minh họa trong hình. Chỉ một lớp bề mặt rất mỏng bị nóng chảy, với độ thâm nhập rất nông, khiến việc đáp ứng yêu cầu quy trình trở nên khó khăn.
Lệch tiêu điểm: Trước hết, mật độ năng lượng của chùm tia laser không đồng đều tại mọi vị trí. Năng lượng tập trung mạnh nhất tại điểm tiêu, nơi có kích thước vết sáng nhỏ nhất (diện tích tác động của tia laser nhỏ hơn, năng lượng tập trung hơn). Do đó, mọi điều chỉnh thông số chỉ có ý nghĩa sau khi đã xác định được điểm tiêu. Việc xác định điểm tiêu vì vậy rất quan trọng và là một nhiệm vụ đòi hỏi kỹ thuật cao.
Khí bảo vệ: Có nhiều loại khí bảo vệ khác nhau. Trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, nitơ thường được sử dụng nhằm kiểm soát chi phí, trong khi argon là khí chủ yếu được dùng trong phòng thí nghiệm. Heli và các khí trơ khác cũng được sử dụng. Nói chung, hai loại khí này thường được áp dụng trong các tình huống đặc biệt. Vì hàn laser là một quá trình phản ứng ở nhiệt độ cao và dữ dội, kim loại sẽ nóng chảy và bốc hơi. Ở nhiệt độ cao, kim loại trở nên cực kỳ hoạt động; ngay khi tiếp xúc với oxy, nó sẽ xảy ra phản ứng dữ dội, dẫn đến lượng bắn tóe lớn và bề mặt mối hàn thô ráp, không đều. Do đó, khí bảo vệ được sử dụng nhằm tạo ra môi trường không có oxy trong một vùng nhỏ (gần vũng nóng chảy) để ngăn ngừa các phản ứng oxy hóa dữ dội gây ra mối hàn kém chất lượng và bề mặt ngoài thô ráp.
Nếu lưu lượng khí bảo vệ quá lớn, nó sẽ thổi bay vũng kim loại nóng chảy; nếu quá nhỏ, nó sẽ không thể che chắn hiệu quả vũng kim loại nóng chảy khỏi oxy. Lưu lượng này cần được điều chỉnh linh hoạt dựa trên điều kiện làm việc tại hiện trường.
