Khi các ngành công nghiệp sản xuất hiện đại đưa ra các yêu cầu cao hơn cho công nghệ kết nối,công nghệ hàn laser xuất hiện như The Times yêu cầu và trở thành đồng nghĩa với kết nối chính xác cao và sức mạnh caoBan đầu, nó chủ yếu được sử dụng cho các vật liệu tường mỏng và hàn tốc độ thấp. Bằng cách làm nóng bề mặt của vật liệu bằng bức xạ laser, vật liệu được nóng chảy để tạo thành một hồ nóng chảy cụ thể.Sau nhiều thập kỷ phát triển, hàn laser đã chuyển từ phòng thí nghiệm sang các ứng dụng công nghiệp rộng lớn, chứng minh khả năng phi thường trong các lĩnh vực như sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ và thiết bị điện tử.Bài viết này sẽ đi sâu vào các nguyên tắc kỹ thuật của hàn laser và tiết lộ những lợi thế quan trọng của nó về độ bền thông qua các dữ liệu so sánh.
Nguyên tắc kỹ thuật: Sự khác biệt cơ bản về mật độ năng lượng
Sự khác biệt thiết yếu giữa hàn bằng laser và hàn thông thường nằm trong cơ chế truyền năng lượng, trực tiếp xác định hiệu suất sức mạnh cuối cùng của khớp hàn.hàn bằng laser sử dụng một chùm tia laser mật độ năng lượng cao như là nguồn nhiệtThông qua việc lấy nét chính xác, nó tạo ra mật độ điện lên đến 106-108 W / cm2 trong một khu vực nhỏ chỉ có đường kính 0,2-1,0 mm.Mật độ năng lượng cực cao này cho phép các vật liệu kim loại đạt đến điểm nóng chảy trong vòng vài mili giây, tạo thành một hồ nóng chảy, trong khi các khu vực lân cận hầu như không bị ảnh hưởng bởi nhiệt.
hàn dẫn nhiệt: mật độ công suất nằm trong phạm vi 104-105 W / cm2, với độ sâu thâm nhập nông và tốc độ hàn chậm. Nó phù hợp với hàn chính xác các tấm mỏng
hàn thâm sâu: mật độ điện có thể đạt đến 105-107 W / cm2.tạo thành một lớp hàn với tỷ lệ chiều sâu lớn với chiều rộng (tối đa 10:1), và tốc độ hàn là nhanh
Ngược lại, hàn cung thông thường (như MIG / MAG) dựa trên sự dẫn nhiệt của cung, với nguồn nhiệt phân tán.và mật độ năng lượng chỉ là một phần nhỏ của hàn laserSự khác biệt cơ bản này trong mật độ năng lượng trực tiếp dẫn đến sự khác biệt đáng kể giữa hai loại phương pháp hàn trong hình thái hàn, kích thước vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt và cấu trúc vi mô.
2Hiệu suất sức mạnh: Sự khác biệt trong tính toàn vẹn cấu trúc
Ưu điểm độ bền của hàn laser không chỉ được phản ánh ở cấp độ lý thuyết mà còn được xác minh trong một số lượng lớn các thực tiễn công nghiệp.Độ bền kéo của mái nhà hàn bằng laser có thể đạt hơn 90% vật liệu cơ bản, tăng độ cứng tổng thể của mái bằng 30%.
Vòng hàn dày đặc liên tục: Vòng hàn bằng laser tạo thành một đường hàn thẳng liên tục, trong khi vòng hàn điểm chỉ kết nối các điểm hàn riêng biệt.hàn liên tục loại bỏ các vấn đề tập trung căng thẳng trong các điểm hàn khoảng cách khu vựcTrong các thử nghiệm tải năng động, các khớp hàn bằng laser cho thấy tuổi thọ mệt mỏi cao hơn và đặc biệt phù hợp với các thành phần chịu căng thẳng rung.
Hiệu ứng tăng cường hạt mịn: Quá trình làm mát và làm cứng nhanh chóng của hàn laser (với tốc độ làm mát lên đến 1000 °C / s) làm tinh chỉnh đáng kể kích thước hạt của kim loại hàn.Khoa học vật liệu đã xác nhận rằng các cấu trúc hạt mịn không chỉ tăng cường sức mạnh mà còn cải thiện độ dẻo dai và chống nứtTuy nhiên, tốc độ làm mát của hàn thông thường là tương đối chậm, và hạt thô rõ ràng, đặc biệt là trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt nơi các giai đoạn dễ vỡ xảy ra.
Độ tinh khiết kim loại: hàn bằng laser được thực hiện dưới sự bảo vệ khí trơ, cách ly không khí hiệu quả và giảm sự bao gồm oxy hóa."Hiệu ứng lỗ khóa" trong hàn thâm sâu có lợi cho việc thoát khí và tạp chấtDữ liệu thí nghiệm cho thấy độ xốp của hàn laser chỉ là khoảng một phần ba của hàn thông thường.
3Chất lượng hàn: Một lợi thế đáng kể của kiểm soát chính xác
hàn laser đã thực hiện một bước đột phá trong chất lượng hàn, mà trực tiếp quyết định độ tin cậy và độ bền của các bộ phận kết nối.Ưu điểm chất lượng của nó được phản ánh trong năm khía cạnh chính:
Độ chính xác hình học: chùm tia laser được hướng dẫn và tập trung chính xác bởi hệ thống quang học.loại bỏ nhu cầu xử lý nghiền tiếp theoChiều rộng hàn của hàn cung thông thường thường vượt quá 6mm, với bề mặt không đồng đều đòi hỏi các quy trình hoàn thiện bổ sung.Ưu điểm độ chính xác này làm cho hàn laser trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho việc sản xuất chính xác các thành phần vi điện tử, thiết bị y tế, vv
Kiểm soát biến dạng nhiệt: Nhiệt lượng của hàn laser chỉ bằng một phần ba của hàn điểm thông thường.và chiều rộng của khu vực bị ảnh hưởng bởi nhiệt được kiểm soát trong phạm vi 0Khu vực bị ảnh hưởng bởi nhiệt của hàn thông thường có thể đạt 2-5mm, dẫn đến biến dạng nhiệt nghiêm trọng.Dữ liệu sản xuất ô tô cho thấy độ lệch kích thước của mái nhà hàn bằng laser thấp hơn 70% so với mái nhà hàn tại chỗ, cải thiện đáng kể độ chính xác lắp ráp của thân xe.
Kiểm soát khiếm khuyết: Quá trình nóng chảy và làm cứng nhanh chóng của hàn laser làm giảm đáng kể các khiếm khuyết như lỗ chân lông và vết nứt.bằng cách kiểm soát chính xác hình dạng sóng xung và các thông sốTrong khi đó, tỷ lệ lỗi của hàn thông thường thường cao hơn 2 đến 3 lần, đòi hỏi kiểm tra và chế biến lại nghiêm ngặt hơn.
Hiệu suất niêm phong: Dây hàn laser liên tục tạo thành một hàng rào kín không khí hoàn hảo.mà là thấp hơn nhiều so với hơn 20ml/min của quá trình hàn điểmTính năng này làm cho hàn laser là quy trình ưa thích cho các thành phần có yêu cầu niêm phong cao như mái nhà quang cảnh và bể nhiên liệu.
Chất lượng ngoại hình: Vòng hàn bằng laser mịn và phẳng, không có vấn đề kẽ hở của hàn điểm truyền thống (thần độ 0,1-0,3mm), cung cấp một bề mặt nền lớp phủ tốt hơn cho thân xe.Trong các ngành công nghiệp thiết bị gia dụng cao cấp và trang trí, lợi thế này trực tiếp tăng cường giá trị thẩm mỹ và chất lượng bề mặt của các sản phẩm.
4Sự tương thích vật liệu: Một bước đột phá trong các kết nối khác nhau
hàn bằng laser cho thấy tính linh hoạt xuất sắc trong khả năng thích nghi vật liệu, giải quyết vấn đề kết nối các vật liệu khác nhau khó vượt qua trong hàn truyền thống.Ưu điểm độc đáo của nó nằm ở:
Xử lý vật liệu với điểm nóng chảy cao: Mật độ năng lượng cao của laser có thể làm tan chảy kim loại lửa khó xử lý với các nguồn nhiệt truyền thống.laser đã được áp dụng thành công để kết nối các vật liệu cường độ cao như hợp kim titan và hợp kim molybden, có giá trị đáng kể trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.
Kết nối kim loại khác nhau: hàn laser có thể đạt được kết nối các vật liệu khác nhau như đồng-aluminium và thép-aluminium khó hoàn thành bằng các phương pháp truyền thống.Bằng cách kiểm soát chính xác nhiệt nhập và hình thái của hồ bơi nóng chảyTrong sản xuất pin xe điện năng lượng mới,hàn laser đã giải quyết thành công vấn đề công nghiệp của kết nối đồng và nhôm tabs.
Xử lý vật liệu đặc biệt: hàn laser hoạt động đặc biệt tốt trong việc kết nối các vật liệu kim loại bột.Các phương pháp hàn truyền thống khó xử lý các vật liệu kim loại bột, trong khi chùm tia laser có thể kiểm soát chính xác nhiệt đầu vào và ngăn ngừa sự phát triển hạt quá mức trong cơ thể sintered.hàn laser cũng được sử dụng rộng rãi để kết nối chính xác các vật liệu không kim loại như thạch anh và gốm sứ.
hàn vật liệu sơn:Tính năng nhiệt thấp của hàn laser có thể giữ các lớp phủ chống ăn mòn như lớp phủ kẽm và nhôm trên bề mặt của mảnh làm việc ở mức độ lớn nhất, trong khi hàn điểm thông thường sẽ làm hỏng lớp phủ và dẫn đến giảm hiệu suất chống ăn mòn.Các thử nghiệm trong ngành công nghiệp ô tô đã chỉ ra rằng khả năng chống ăn mòn của tấm kẽm được hàn bằng laser cao hơn năm lần so với các tấm hàn tại chỗ.
Tuy nhiên, hàn bằng laser có một số hạn chế nhất định cho các vật liệu phản xạ cao như hợp kim đồng và nhôm tinh khiết.Những vật liệu này có độ phản xạ laser cao đến 95% trong trạng thái rắn và đòi hỏi kiểm soát quy trình đặc biệtNgoài ra, đối với các vật liệu với điểm nóng chảy và điểm sôi gần nhau (như crôm và tantalum),cửa sổ tham số hàn hẹp và cần phải được kiểm soát chính xác để ngăn ngừa bay hơi và lỗ.
Sự phát triển công nghệ không biết ranh giới. hàn laser và phương pháp hàn truyền thống sẽ cùng tồn tại và bổ sung lẫn nhau trong ngành công nghiệp sản xuất trong tương lai.Nhưng không có nghi ngờ rằng trên con đường nâng cấp sản xuất theo đuổi sức mạnh cao hơn, trọng lượng nhẹ hơn và hiệu suất tốt hơn, hàn laser đã trở thành một trong những công nghệ chính sẽ soi sáng tương lai.