Trong thế giới chính xác củahàn laser, chùm tia năng lượng cao chắc chắn là vai trò chủ đạo. Tuy nhiên, nếu không có sự phối hợp và bảo vệ chính xác của các loại khí phù hợp, chất lượng mối hàn sẽ bị giảm đi đáng kể hoặc thậm chí thất bại. Những loại khí có vẻ đơn giản này thực sự đóng nhiều vai trò quan trọng:
Bảo vệ cách ly: Ở nhiệt độ cao trong vũng nóng chảy, nó cách ly không khí, ngăn chặn hiệu quả quá trình oxy hóa và nitrat hóa kim loại, tránh giòn mối hàn, xốp và lẫn tạp chất.
Chất ức chế plasma: Đám mây plasma dày đặc do hàn công suất cao tạo ra sẽ tán xạ và hấp thụ năng lượng laser. Các loại khí cụ thể có thể ngăn chặn plasma, đảm bảo năng lượng laser có thể đến phôi một cách hiệu quả.
Tấm chắn bảo vệ quang học: Thổi bay khói hàn và văng bắn, bảo vệ thấu kính hội tụ đắt tiền khỏi bị nhiễm bẩn và hư hỏng, kéo dài tuổi thọ thiết bị và duy trì chất lượng chùm tia.
Chất ổn định vũng nóng chảy: Luồng không khí thích hợp có thể ổn định dòng chảy của vũng nóng chảy và cải thiện sự hình thành mối hàn (chẳng hạn như giảm khuyết tật và gồ ghề).
Hỗ trợ làm mát: (Khí phụ trợ) làm mát vùng bị ảnh hưởng nhiệt và bảo vệ giá đỡ thấu kính.
Giải thích chi tiết về các loại Khí cốt lõi
Hàn laser chủ yếu sử dụng hai loại khí, và các chức năng và tiêu chí lựa chọn của chúng là khác nhau:
I. Khí bảo vệ: "Tấm chắn" trực tiếp của vũng nóng chảy
Argon (Ar): Năng lượng ion hóa của Ar tương đối thấp nhất. Dưới tác dụng của laser, mức độ ion hóa của nó tương đối cao, không có lợi cho việc kiểm soát sự hình thành của đám mây plasma và sẽ có tác động nhất định đến tỷ lệ sử dụng hiệu quả của laser. Tuy nhiên, hoạt tính của Ar rất thấp và khó xảy ra phản ứng hóa học với các kim loại thông thường. Hơn nữa, chi phí của Ar không cao. Ngoài ra, mật độ của Ar tương đối lớn, có lợi cho việc chìm xuống trên vũng hàn. Nó có thể bảo vệ tốt hơn vũng hàn, và do đó có thể được sử dụng làm khí bảo vệ thông thường.
Nitơ (N₂): Năng lượng ion hóa của N2 ở mức trung bình, cao hơn Ar và thấp hơn He. Dưới tác dụng của laser, mức độ ion hóa của nó ở mức trung bình, có thể làm giảm hiệu quả sự hình thành của các đám mây plasma và do đó làm tăng tỷ lệ sử dụng hiệu quả của laser. Nitơ có thể trải qua các phản ứng hóa học với hợp kim nhôm và thép carbon ở một số nhiệt độ nhất định, tạo ra nitrua, sẽ làm tăng độ giòn của mối hàn, giảm độ dẻo dai của nó và có ảnh hưởng bất lợi đáng kể đến các tính chất cơ học của mối nối hàn. Do đó, không nên sử dụng nitơ để bảo vệ các mối hàn của hợp kim nhôm và thép carbon. Các nitrua được tạo ra bởi phản ứng hóa học giữa nitơ và thép không gỉ có thể tăng cường độ bền của mối nối hàn, có lợi cho việc cải thiện các tính chất cơ học của mối hàn. Do đó, nitơ có thể được sử dụng làm khí bảo vệ khi hàn thép không gỉ.
Helium He: He có năng lượng ion hóa cao nhất và mức độ ion hóa rất thấp dưới tác dụng của laser, có thể kiểm soát hiệu quả sự hình thành của các đám mây plasma. Laser có thể tác động tốt lên kim loại, và He có hoạt tính rất thấp và về cơ bản không trải qua các phản ứng hóa học với kim loại, làm cho nó trở thành một loại khí bảo vệ tuyệt vời cho các mối hàn. Tuy nhiên, chi phí của He quá cao, và loại khí này thường không được sử dụng trong các sản phẩm sản xuất quy mô lớn. He thường được sử dụng trong nghiên cứu khoa học hoặc cho các sản phẩm có giá trị gia tăng rất cao.
II. Khí phụ trợ: "Người bảo vệ vô hình" của Thiết bị
Khí phụ trợ được phun ra từ một vòi phun độc lập, chủ yếu bảo vệ hệ thống quang học:
Chức năng
Loại bỏ mạnh mẽ khói và văng kim loại được tạo ra trong quá trình hàn để ngăn chặn sự lắng đọng và ô nhiễm của thấu kính bảo vệ.
Làm mát giá đỡ thấu kính và khu vực xung quanh.
Khí thông thường: Không khí nén khô và sạch là loại khí kinh tế và thường được sử dụng nhất. Khí trơ (chẳng hạn như Ar) cũng có thể được sử dụng khi yêu cầu cực kỳ cao hoặc vật liệu đặc biệt.
Điểm chính: Hướng, tốc độ dòng chảy và áp suất của luồng không khí cần được thiết lập cẩn thận, đảm bảo làm sạch hiệu quả mà không can thiệp vào luồng không khí bảo vệ chính và sự ổn định của vũng nóng chảy.
Làm thế nào để chọn loại khí phù hợp nhất?
Vật liệu hàn
Thép không gỉ, titan, nhôm: Khí Argon được ưu tiên (chống oxy hóa).
Đồng và hợp kim dẫn nhiệt cao: Khí Helium hoặc khí hỗn hợp helium cao thường được chọn.
Thép carbon: Có thể sử dụng hỗn hợp Argon và helium-argon, nhưng nên tránh nitơ nguyên chất.
Thép không gỉ austenit cụ thể: Có thể được thử nghiệm với nitơ.
Yêu cầu hàn
Đối với hàn xuyên sâu và hàn công suất cao, khí helium hoặc khí hỗn hợp helium cao là lựa chọn ưu tiên.
Yêu cầu chất lượng bề mặt cao: Khí helium và argon thường hoạt động tốt hơn.
Yêu cầu chống oxy hóa cực cao: khí argon.
Xem xét chi phí: Helium đắt tiền. Trong điều kiện đáp ứng các yêu cầu quy trình, có thể xem xét argon, nitơ hoặc khí hỗn hợp (giảm tỷ lệ helium).
Công suất laser và tốc độ hàn: Hàn công suất cao và tốc độ cao phụ thuộc nhiều hơn vào helium để ngăn chặn plasma.
Dạng mối nối và khả năng tiếp cận của vòi phun: Các mối nối phức tạp hoặc không gian hạn chế có thể ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ khí.
Thông số truyền khí
Tốc độ dòng chảy: Nếu quá thấp, sự bảo vệ sẽ không đủ; nếu quá cao, nó có thể phá vỡ vũng nóng chảy, lãng phí khí và tăng chi phí.
Loại vòi phun và chiều cao: Chúng ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi bao phủ khí và hiệu quả bảo vệ.
Chế độ cung cấp khí: Lựa chọn cung cấp khí đồng trục/trục bên.
Khí không phải là vai trò hỗ trợ trong hàn laser, mà là một yếu tố cốt lõi đảm bảo sản xuất chất lượng cao, hiệu quả cao và ổn định cao.