Là một công cụ xử lý tiên tiến, laser đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong lĩnh vực hàn công nghiệp. Mặc dù công nghệ hàn laser truyền thống có thể kiểm soát các khuyết tật này ở một mức độ nhất định, nhưng hiệu quả của nó thường bị hạn chế bởi các thông số và quy trình hàn cố định. Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của công nghệ hàn laser dao động đã cung cấp một giải pháp mới để kiểm soát các khuyết tật hàn. Bằng cách đưa vào sự dao động của chùm tia laser trong quá trình hàn, công nghệ này có thể cải thiện đáng kể các đặc tính động của vũng hàn, từ đó tối ưu hóa chất lượng hàn. Công nghệ hàn laser dao động chủ yếu dựa trên việc kiểm soát chính xác chùm tia laser và công nghệ dao động để đạt được hiệu quả hàn cao và chất lượng tốt.
Cải thiện ngoại hình:
Trong suốtquá trình hànChùm tia laser được di chuyển nhanh và chính xác để bao phủ toàn bộ khu vực hàn. Khi chùm tia di chuyển dọc theo hướng hàn, nó dao động theo nhiều hình dạng khác nhau, chẳng hạn như hình tròn, hình số 8 và hình xoắn ốc. Chen và cộng sự đã sử dụng laser dao động để hàn các hợp kim nhôm khác nhau, và so với hàn laser không dao động, hình thái mối hàn phía trước và phía sau của hàn laser dao động đã được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, hàn laser dao động ngang được sử dụng để tăng khả năng thích ứng khe hở của rãnh. Trên một số chi tiết gia công kết nối dẫn điện, cần phải mở rộng vùng quá dòng, cũng cần phải mở rộng bề mặt kết nối kim loại, và cũng cần phải sử dụng hàn laser dao động để làm cho bề mặt kết nối kim loại trở thành hình chữ “U”.
1. (a) và (b) Thống kê hình thái mặt cắt ngang mối hàn và kích thước mối hàn dưới các chế độ dao động khác nhau; (c) Sự hình thành bề mặt trên của mối hàn dưới các chế độ dao động khác nhau.
Cải thiện tình trạng dính thành bên kém:
Trong phương pháp hàn laser khe hẹp truyền thống đối với tấm có độ dày trung bình, hiện tượng không nóng chảy ở thành bên dễ xảy ra. Nguyên nhân là do sự phân bố năng lượng laser không đều trong miệng rãnh, lượng nhiệt đưa vào tâm rãnh lớn, trong khi lượng nhiệt đưa vào thành bên nhỏ, dẫn đến không tạo được sự kết hợp tốt. Biện pháp chính để khắc phục khuyết tật không nóng chảy ở thành bên là tăng lượng nhiệt đưa vào thành bên. Trong quá trình hàn laser, có thể đạt được sự phân bố năng lượng hợp lý hơn của chùm tia laser trên bề mặt phôi thông qua việc dao động chùm tia. Khi chiều rộng của rãnh thay đổi, biên độ dao động của chùm tia được điều chỉnh cho phù hợp với chiều rộng của rãnh, nhằm tạo ra sự truyền nhiệt hiệu quả vào thành bên.
2. Hình ảnh hiển vi của mối hàn từ lớp đầu tiên (L1) đến lớp thứ bảy (L7) đối với hàn laser có hoặc không có dao động.
Giảm thiểu các khuyết tật do độ xốp:
Cơ chế ức chế lỗ rỗ hàn của tia laser dao động có thể được giải thích là do cải thiện độ ổn định của các lỗ nhỏ và cải thiện tính lưu động của kim loại lỏng. Hình 3 cho thấy hành vi dòng chảy của vũng nóng chảy được thể hiện bằng các hạt chỉ thị trong quá trình hàn. Sự dao động của chùm tia sáng làm cho các lỗ nhỏ hình thành chuyển động khuấy quay tần số cao và tốc độ cao, thúc đẩy sự tràn bọt khí và có tác dụng "bẫy" các lỗ rỗ đã đông cứng. Đồng thời, sự dao động của chùm tia sáng làm tăng diện tích của lỗ nhỏ và giảm khả năng sụp đổ không ổn định của nó để tạo thành bọt khí.
3. (a) và (b) quỹ đạo của các hạt chất chỉ thị trong quá trình hàn; Khu vực mở lỗ khóa: (c) không có tia laser dao động (d) có tia laser dao động.
Giảm thiểu các khuyết tật do nứt vỡ:
Nứt nhiệt là một loại khuyết tật hình thành trong quá trình hàn do sự tương tác giữa ứng suất nội và các yếu tố luyện kim, thường được tìm thấy trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) của mối hàn. Sự hình thành các vết nứt này liên quan đến tính dễ bị tổn thương của vật liệu ở nhiệt độ cao, ứng suất hàn và thành phần hóa học của vật liệu. Công nghệ hàn laser truyền thống có thể tạo ra các vết nứt nhiệt trong quá trình hàn, chủ yếu là do các lý do sau: Thứ nhất, do năng lượng đầu vào cao của hàn laser, dẫn đến sự gia nhiệt và làm nguội nhanh chóng của vùng hàn, tạo ra gradient nhiệt và ứng suất nhiệt lớn; Thứ hai, phản ứng luyện kim trong quá trình hàn có thể dẫn đến sự phân tách các nguyên tố tạp chất có điểm nóng chảy thấp, tạo thành pha giòn và làm tăng độ nhạy cảm với vết nứt. Cuối cùng, sự đông đặc nhanh của vật liệu có thể dẫn đến tính không đồng nhất của cấu trúc vi mô, và hướng phát triển của các tinh thể hình cột là từ vũng nóng chảy vào trung tâm, như thể hiện trong Hình 4. Trong trường hợp này, độ nhạy cảm với vết nứt tăng lên đáng kể.
4. Chế độ đông đặc của hàn laser (a) hàn laser thông thường (b) hàn laser dao động.
Công nghệ hàn laser dao động có thể giảm thiểu hoặc loại bỏ hiệu quả sự xuất hiện của các vết nứt nóng bằng cách đưa chùm tia laser dao động vào. Trong quá trình hàn laser dao động, sự dao động tuần hoàn của chùm tia laser có thể thúc đẩy dòng chảy kim loại trong vũng nóng chảy, do đó cải thiện tính đồng nhất của cấu trúc vi mô, và các hạt phát triển đồng trục ở trung tâm của vũng nóng chảy, như thể hiện trong Hình 5. Các hạt đồng trục này hoạt động như một rào cản bảo vệ để ngăn chặn sự lan truyền vết nứt và hoạt động như một lớp cách nhiệt để ngăn chặn sự lan truyền vết nứt tiếp theo. Đồng thời, laser dao động giúp giảm sự hình thành pha giòn do sự phân tách thành phần, giảm nguy cơ nứt nhiệt.
5. (A) Đặc điểm cấu trúc vi mô khi đông đặc của các mối hàn laser thông thường (B) Đặc điểm cấu trúc vi mô khi đông đặc của các mối hàn laser xoay ngược chiều kim đồng hồ (CCW).
So với hàn tự nóng chảy bằng laser, công nghệ hàn laser dao động được công nhận là phương pháp hiệu quả để giảm hiện tượng rỗ khí và cải thiện các khuyết tật như không nóng chảy thành bên. Nhờ tác dụng khuấy trộn của chùm tia lên vũng nóng chảy, nó có những ưu điểm đáng kể trong việc cải thiện độ khít khe hở, nâng cao tính đồng nhất của cấu trúc vi mô và tinh chỉnh hạt. Việc ứng dụng công nghệ hàn laser dao động có thể giúp hàn laser được sử dụng rộng rãi hơn, và có thể đạt được độ chính xác cao khi hàn laser đối với các chi tiết lớn hơn và mối hàn rộng hơn, tức là độ chính xác của quy trình cơ bản và lắp ráp sản phẩm được giảm bớt.
Thời gian đăng bài: 21/02/2025
