Độ dày vật liệu ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn thông số hàn laser?

Độ dày vật liệu ảnh hưởng thế nào đến việc lựa chọn thông số hàn laser?

Là một công nghệ hàn hiệu quả và chính xác, hàn laser đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hiện đại. Nó sử dụng chùm tia laser làm nguồn nhiệt và máy phát laser phát ra chùm tia laser có mật độ năng lượng cao để làm nóng chảy và kết nối các vật liệu. So với các phương pháp hàn truyền thống (hàn hồ quang kim loại khí (GMAW/MIG), hàn hồ quang khí vonfram (GTAW/TIG), hàn hồ quang kim loại có bảo vệ (SMAW) và hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW)), hàn laser có nhiều ưu điểm độc đáo, chẳng hạn như độ chính xác cao và hiệu quả cao của quy trình hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn. Tuy nhiên, hiệu quả và chất lượng của hàn laser bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó độ dày vật liệu là một yếu tố chính. Bài viết này sẽ tìm hiểu độ dày vật liệu ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn máy hàn laze các thông số và cung cấp các phương pháp tối ưu hóa cho các độ dày vật liệu khác nhau.

Cơ bản về hàn laser

Hãy cùng tìm hiểu về quy trình hàn laser, các thành phần chính và ưu điểm so với phương pháp hàn truyền thống.

Mô tả quy trình hàn laser

Hàn laser là một quá trình hàn sử dụng chùm tia laser làm nguồn nhiệt để làm nóng chảy và kết nối kim loại hoặc các vật liệu khác. Quá trình này bao gồm các bước sau:

Tập trung chùm tia laser: Chùm tia laser phát ra từ máy phát laser được tập trung vào đầu hàn thông qua hệ thống quang học.
Làm nóng vật liệu: Mật độ năng lượng cao của chùm tia laser làm nóng vật liệu đến điểm nóng chảy, khiến vật liệu tan chảy hoặc bốc hơi tại chỗ.
Sự hình thành vũng nóng chảy: Vật liệu nóng chảy tạo thành một vũng nóng chảy và tác động liên tục của chùm tia laser giữ cho vũng nóng chảy ở dạng lỏng.
Đông đặc và kết nối: Khi chùm tia laser di chuyển hoặc dừng lại, hồ nóng chảy sẽ nguội và đông đặc, hoàn tất quá trình hàn.

Có hai loại quy trình hàn bằng laser: hàn dẫn nhiệt và hàn lỗ khóa.

Hàn dẫn nhiệt: Chùm tia laser làm nóng bề mặt vật liệu trên điểm nóng chảy của vật liệu, chỉ tạo ra sự nóng chảy trên bề mặt hàn, bên trong vật liệu không bị xuyên thủng hoàn toàn, về cơ bản không xảy ra hiện tượng bay hơi. Quá trình này chủ yếu được sử dụng để hàn các vật liệu có thành mỏng. Hàn dẫn nhiệt tạo ra mối hàn mịn và đẹp.
Hàn lỗ khóa: Trong hàn lỗ khóa, chùm tia laser làm nóng bề mặt vật liệu đến điểm bốc hơi và xuyên vào vật liệu. Vật liệu bốc hơi tạo thành một lỗ nhỏ. Lỗ chứa đầy hơi nước hấp thụ gần như toàn bộ năng lượng của chùm tia tới. Nhiệt độ cân bằng trong lỗ khoảng 2500℃. Nhiệt được truyền từ thành ngoài của lỗ nhiệt độ cao để làm nóng chảy kim loại xung quanh lỗ. Lỗ khóa chứa đầy hơi nước nhiệt độ cao tạo ra do vật liệu liên tục bốc hơi dưới sự chiếu xạ của chùm tia. Chùm tia laser liên tục đi vào lỗ và vật liệu bên ngoài lỗ liên tục chảy. Khi chùm tia di chuyển, lỗ luôn ở trạng thái chảy ổn định. Nghĩa là kim loại nóng chảy xung quanh lỗ nhỏ và thành lỗ di chuyển về phía trước với tốc độ của chùm tia. Kim loại nóng chảy lấp đầy khoảng trống do chuyển động của lỗ nhỏ để lại, sau đó ngưng tụ để tạo thành mối hàn.

Các thành phần chính của hệ thống hàn laser

Các thành phần chính của hệ thống hàn laser là:

Máy phát laser: tạo ra và phát ra năng lượng laser. Các máy phát laser thông thường bao gồm máy phát laser sợi quang, máy phát laser khí, v.v.
Hệ thống quang học: bao gồm thấu kính hội tụ và gương để điều chỉnh và hội tụ chùm tia laser.
Hệ thống truyền laser: là hệ thống truyền chùm tia laser từ nguồn laser đến vị trí hàn.
Đầu hàn: bao gồm gương hội tụ laser, gương chuẩn trực và vòi phun khí bảo vệ cho hoạt động hàn thực tế.
Hệ thống điều khiển: dùng để điều khiển các thông số khác nhau của hàn laser, chẳng hạn như công suất laser, tốc độ hàn, v.v.

Ưu điểm của hàn laser so với phương pháp hàn truyền thống

Hàn laser có những ưu điểm sau so với phương pháp hàn truyền thống:

Chất lượng hàn

Vùng ảnh hưởng nhiệt của hàn laser nhỏ, vì mật độ năng lượng của chùm tia laser cao, thời gian gia nhiệt ngắn và tổn thất nhiệt nhỏ, nên vùng ảnh hưởng nhiệt của vật liệu nhỏ, có thể giảm biến dạng, nứt, oxy hóa và các vấn đề khác của vật liệu.
Tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng của mối hàn khi hàn laser cao, vì đường kính của chùm tia laser nhỏ, năng lượng tập trung nên có thể tạo thành mối hàn sâu và hẹp, giúp cải thiện độ bền và độ kín của mối hàn.
Mối hàn của máy hàn laser mịn và đẹp, do điểm của chùm tia laser ổn định, đồng thời có thể kiểm soát chính xác vị trí và thông số hàn nên có thể tạo thành mối hàn mịn và đẹp, giảm công đoạn mài và đánh bóng sau đó.
Hàn laser có ít khuyết tật hàn hơn vì hàn laser không cần sử dụng vật liệu phụ trợ như điện cực, que hàn và khí bảo vệ nên có thể tránh được việc phát sinh các khuyết tật hàn như nhiễm bẩn điện cực, lỗ rỗng, tạp chất xỉ và vết nứt.

Hiệu quả hàn

Hàn laser có tốc độ hàn nhanh. Do mật độ năng lượng của chùm tia laser cao và thời gian gia nhiệt ngắn nên quá trình hàn có thể hoàn thành nhanh chóng, nâng cao hiệu quả sản xuất.
Hàn laser có tính linh hoạt hàn cao. Bởi vì chùm tia laser là nguồn nhiệt không tiếp xúc, có thể truyền và điều khiển bằng sợi quang, phản xạ, robot, v.v., do đó có thể thích ứng với nhiều vị trí và hình dạng hàn phức tạp, cải thiện tính linh hoạt trong sản xuất.
Hàn laser có mức độ tự động hóa hàn cao. Bởi vì hàn laser có thể được điều khiển và điều chỉnh chính xác bằng máy tính hoặc hệ thống CNC, nó có thể đạt được mức độ tự động hóa và thông minh cao, giảm sự can thiệp và lỗi thủ công.

Ứng dụng hàn

Hàn laser có khả năng thích ứng với vật liệu mạnh mẽ, vì nguồn nhiệt của hàn laser là nguồn nhiệt không tiếp xúc, có thể hàn nhiều loại vật liệu kim loại hoặc phi kim loại, thậm chí hàn nhiều loại vật liệu khác nhau để đạt được sự kết nối các vật liệu không giống nhau.
Hàn laser có khả năng thích ứng mạnh mẽ với ngành công nghiệp, vì nguồn nhiệt của hàn laser là nguồn nhiệt hiệu quả, có thể đạt được chất lượng hàn cao, tốc độ cao và tự động hóa cao, do đó có thể ứng dụng vào nhiều ngành công nghiệp cao cấp khác nhau, chẳng hạn như hàng không vũ trụ, ô tô, điện tử, y tế, v.v.

Ảnh hưởng của độ dày vật liệu đến các thông số hàn

Hiệu ứng hàn laser bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số, trong đó độ dày vật liệu là một yếu tố quan trọng. Độ dày vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến các thiết lập thông số của hàn laser, bao gồm công suất laser, thời lượng và tần số xung, tốc độ hàn, vị trí hội tụ và đường kính chùm tia. Sau đây sẽ thảo luận chi tiết về cách các thông số này bị ảnh hưởng bởi độ dày vật liệu.

Công suất laser

Độ dày vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn công suất laser. Vật liệu dày hơn cần công suất laser cao hơn để đảm bảo đủ nhiệt lượng đầu vào để làm tan chảy toàn bộ mối hàn. Vật liệu mỏng hơn cần công suất laser thấp hơn để tránh quá nhiệt và tan chảy quá mức. Việc lựa chọn công suất laser phù hợp có thể tránh được các khuyết tật hàn như lỗ rỗng, mối hàn không hoàn chỉnh, v.v.

Thời lượng và tần số xung

Trong hàn laser xung, thời lượng và tần suất xung cũng bị ảnh hưởng bởi độ dày vật liệu. Đối với vật liệu mỏng hơn, thời lượng xung ngắn hơn và tần suất cao hơn có thể cung cấp chu kỳ làm nóng và làm mát nhanh, do đó cải thiện chất lượng mối hàn. Đối với vật liệu dày hơn, thời lượng xung dài hơn và tần suất thấp hơn có thể cung cấp đủ nhiệt đầu vào để đảm bảo chất lượng mối hàn.

Tốc độ hàn

Tốc độ hàn liên quan trực tiếp đến độ dày của vật liệu. Vật liệu dày hơn thường yêu cầu tốc độ hàn chậm hơn để đảm bảo chùm tia laser có thể xuyên qua hoàn toàn và làm tan chảy vật liệu. Vật liệu mỏng hơn có thể sử dụng tốc độ hàn nhanh hơn để tránh quá nhiệt và làm tan chảy vật liệu. Cài đặt tốc độ hàn hợp lý có thể kiểm soát hiệu quả lượng nhiệt đầu vào trong quá trình hàn, do đó cải thiện chất lượng và độ bền của mối hàn.

Vị trí lấy nét

Vị trí của tiêu điểm laser có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng mối hàn. Đối với vật liệu mỏng hơn, tiêu điểm laser thường được đặt gần bề mặt vật liệu để có được hiệu ứng hàn tốt nhất. Đối với vật liệu dày hơn, tiêu điểm laser có thể cần được điều chỉnh bên trong vật liệu để đảm bảo chùm tia laser có thể xuyên qua và làm tan chảy vật liệu một cách hiệu quả. Vị trí tiêu điểm chính xác có thể đảm bảo tính đồng nhất và độ bền của mối hàn.

Đường kính chùm tia

Đường kính chùm tia là đường kính của chùm tia đầu ra của máy hàn laser. Nhìn chung, đường kính chùm tia càng nhỏ thì chất lượng hàn càng tốt. Vật liệu dày hơn thường yêu cầu đường kính chùm tia lớn hơn để cung cấp đủ mật độ năng lượng và độ sâu hàn. Vật liệu mỏng hơn có thể sử dụng đường kính chùm tia nhỏ hơn để cải thiện độ chính xác hàn và kiểm soát chi tiết. Khi sử dụng, bạn cần chọn đường kính chùm tia phù hợp để đảm bảo chất lượng hàn.

Tối ưu hóa các thông số hàn laser cho các độ dày vật liệu khác nhau

Tùy thuộc vào độ dày vật liệu, các thông số hàn laser cần được tối ưu hóa cho phù hợp để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của mối hàn. Sau đây là các đề xuất tối ưu hóa cho các thông số hàn laser cho các độ dày vật liệu khác nhau:

Vật liệu mỏng (<1mm)

Công suất laser: Nên chọn công suất laser thấp hơn để tránh quá nhiệt và nóng chảy quá mức. Công suất này thường được chọn trong khoảng từ hàng chục watt đến hàng trăm watt.
Thời lượng và tần suất xung: Thời lượng xung ngắn hơn và tần suất cao hơn giúp cung cấp các chu trình làm nóng và làm mát nhanh chóng, giảm tác động nhiệt.
Tốc độ hàn: Có thể sử dụng tốc độ hàn cao hơn để cải thiện hiệu quả sản xuất và tránh quá nhiệt.
Vị trí hội tụ: Nên đặt tiêu điểm laser gần bề mặt vật liệu để có hiệu quả hàn tốt nhất.
Đường kính dầm: Sử dụng đường kính dầm nhỏ hơn để cải thiện độ chính xác và kiểm soát chi tiết khi hàn.

Vật liệu có độ dày trung bình (1mm-5mm)

Công suất laser: Cần chọn công suất laser vừa phải để đảm bảo độ sâu và chất lượng hàn. Thường được chọn trong phạm vi từ vài trăm watt đến kilowatt.
Thời lượng và tần suất xung: Tùy theo độ dày vật liệu cụ thể mà chọn thời lượng và tần suất xung trung bình để cân bằng hiệu ứng làm nóng và làm mát.
Tốc độ hàn: Nên chọn tốc độ hàn vừa phải theo độ dày vật liệu để đảm bảo chất lượng hàn và hiệu quả sản xuất.
Vị trí hội tụ: Điểm hội tụ của tia laser phải được đặt ở giữa vật liệu để đảm bảo độ sâu và tính đồng đều của mối hàn.
Đường kính chùm tia: Chọn đường kính chùm tia vừa phải để cân bằng sự phân bổ năng lượng và độ chính xác của mối hàn.

Vật liệu dày (>5mm)

Công suất laser: Cần chọn công suất laser cao hơn để cung cấp đủ nhiệt lượng đầu vào nhằm đảm bảo độ sâu và chất lượng hàn. Thường được chọn trong phạm vi vài kilowatt.
Thời lượng và tần suất xung: Thời lượng xung dài hơn và tần suất thấp hơn có thể cung cấp đủ nhiệt để làm tan chảy các vật liệu dày hơn.
Tốc độ hàn: Nên chọn tốc độ hàn chậm hơn để đảm bảo chùm tia laser có thể xuyên qua và làm nóng chảy vật liệu một cách hiệu quả.
Vị trí hội tụ: Điểm hội tụ của tia laser phải được đặt bên trong vật liệu để đảm bảo chùm tia laser có thể xuyên qua và làm tan chảy vật liệu một cách hiệu quả.
Đường kính chùm tia: Sử dụng đường kính chùm tia lớn hơn để cung cấp đủ mật độ năng lượng và độ sâu hàn.

tóm tắt

Là một công nghệ hàn hiệu quả và chính xác, hàn laser bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó độ dày vật liệu là yếu tố chính. Độ dày vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn các thông số hàn laser, bao gồm công suất laser, thời gian và tần số xung, tốc độ hàn, vị trí hội tụ và đường kính chùm tia. Đối với các độ dày vật liệu khác nhau, việc thiết lập hợp lý các thông số hàn laser có thể cải thiện hiệu quả chất lượng hàn.

Nhận giải pháp Laser

Việc lựa chọn máy hàn laser phù hợp có thể giúp tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng và đạt hiệu quả hoạt động cao. Làm việc với nhà cung cấp đáng tin cậy đảm bảo tiếp cận công nghệ tiên tiến, tư vấn phù hợp và hỗ trợ liên tục. Tại AccTek Laser, chúng tôi cung cấp một loạt các thiết bị hàn laser toàn diện được thiết kế để đáp ứng nhiều nhu cầu công nghiệp khác nhau. Các chuyên gia của chúng tôi có thể giúp bạn chọn kiểu máy và cấu hình tiết kiệm năng lượng nhất, có tính đến các yếu tố như loại vật liệu, độ dày và khối lượng sản xuất. Chúng tôi cũng cung cấp các tính năng tiên tiến như máy phát laser hiệu suất cao, hệ thống làm mát thông minh và phần mềm quản lý năng lượng để tối đa hóa hiệu suất và giảm thiểu mức sử dụng năng lượng. Ngoài ra, nhóm của chúng tôi cung cấp dịch vụ bảo trì thường xuyên và hỗ trợ kỹ thuật để giữ cho thiết bị của bạn đạt hiệu suất cao nhất. Bằng cách hợp tác với chúng tôi, bạn có thể tiết kiệm năng lượng đáng kể, giảm chi phí vận hành và tăng cường các nỗ lực phát triển bền vững của mình. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi kịp thời, AccTek Laser cam kết cung cấp cho mọi khách hàng các giải pháp laser hoàn hảo!

Thiết bị laser

Thông tin liên lạc

Nhận giải pháp Laser