Hàn là quá trình nối hai hoặc nhiều kim loại với nhau bằng cách sử dụng nhiệt. Thông thường, quá trình hàn bao gồm việc nung nóng vật liệu đến điểm nóng chảy để kim loại nền tan chảy và lấp đầy các khe hở giữa các mối nối, tạo thành một mối liên kết chắc chắn. Hàn laser là một phương pháp kết nối sử dụng tia laser làm nguồn nhiệt.
Lấy ví dụ về pin năng lượng vỏ vuông: lõi pin được kết nối bằng laser thông qua nhiều bộ phận. Trong toàn bộ quá trình hàn laser, độ bền liên kết vật liệu, hiệu suất sản xuất và tỷ lệ lỗi là ba vấn đề mà ngành công nghiệp quan tâm nhất. Độ bền liên kết vật liệu có thể được phản ánh qua độ sâu và chiều rộng thâm nhập kim loại (liên quan chặt chẽ đến nguồn sáng laser); hiệu suất sản xuất chủ yếu liên quan đến khả năng xử lý của nguồn sáng laser; tỷ lệ lỗi chủ yếu liên quan đến việc lựa chọn nguồn sáng laser; do đó, bài viết này sẽ thảo luận về các loại phổ biến trên thị trường. Một sự so sánh đơn giản giữa một số nguồn sáng laser được thực hiện, hy vọng sẽ giúp ích cho các nhà phát triển quy trình khác.
Bởi vìhàn laserVề bản chất, đây là quá trình chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt, một số thông số chính liên quan bao gồm: chất lượng chùm tia (BBP, M2, góc phân kỳ), mật độ năng lượng, đường kính lõi, dạng phân bố năng lượng, đầu hàn thích ứng, cửa sổ quy trình xử lý và vật liệu có thể xử lý. Các thông số này chủ yếu được sử dụng để phân tích và so sánh các nguồn sáng laser từ các hướng khác nhau.
So sánh laser đơn mode và đa mode
Định nghĩa chế độ đơn và chế độ đa:
Chế độ đơn (single mode) đề cập đến một mô hình phân bố năng lượng laser duy nhất trên mặt phẳng hai chiều, trong khi chế độ đa (multi-mode) đề cập đến mô hình phân bố năng lượng trong không gian được hình thành bởi sự chồng chất của nhiều mô hình phân bố khác nhau. Nói chung, kích thước của hệ số chất lượng chùm tia M2 có thể được sử dụng để đánh giá xem đầu ra của laser sợi quang là chế độ đơn hay đa: M2 nhỏ hơn 1,3 là laser chế độ đơn thuần túy, M2 nằm giữa 1,3 và 2,0 là laser bán đơn (ít chế độ), và M2 lớn hơn 2,0 là laser đa chế độ.
Bởi vìhàn laserVề bản chất, đây là quá trình chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt, một số thông số chính liên quan bao gồm: chất lượng chùm tia (BBP, M2, góc phân kỳ), mật độ năng lượng, đường kính lõi, dạng phân bố năng lượng, đầu hàn thích ứng, cửa sổ quy trình xử lý và vật liệu có thể xử lý. Các thông số này chủ yếu được sử dụng để phân tích và so sánh các nguồn sáng laser từ các hướng khác nhau.
So sánh laser đơn mode và đa mode
Định nghĩa chế độ đơn và chế độ đa:
Chế độ đơn (single mode) đề cập đến một mô hình phân bố năng lượng laser duy nhất trên mặt phẳng hai chiều, trong khi chế độ đa (multi-mode) đề cập đến mô hình phân bố năng lượng trong không gian được hình thành bởi sự chồng chất của nhiều mô hình phân bố khác nhau. Nói chung, kích thước của hệ số chất lượng chùm tia M2 có thể được sử dụng để đánh giá xem đầu ra của laser sợi quang là chế độ đơn hay đa: M2 nhỏ hơn 1,3 là laser chế độ đơn thuần túy, M2 nằm giữa 1,3 và 2,0 là laser bán đơn (ít chế độ), và M2 lớn hơn 2,0 là laser đa chế độ.
Như hình vẽ minh họa: Hình b thể hiện sự phân bố năng lượng của một mode cơ bản duy nhất, và sự phân bố năng lượng theo bất kỳ hướng nào đi qua tâm của vòng tròn đều có dạng đường cong Gaussian. Hình a thể hiện sự phân bố năng lượng đa mode, là sự phân bố năng lượng không gian được hình thành do sự chồng chất của nhiều mode laser đơn lẻ. Kết quả của sự chồng chất đa mode là một đường cong có đỉnh bằng phẳng.
Các loại laser đơn mode thông dụng: IPG YLR-2000-SM, SM là viết tắt của Single Mode (chế độ đơn). Các phép tính sử dụng tiêu điểm song song 150-250 để tính kích thước điểm hội tụ, mật độ năng lượng là 2000W, và mật độ năng lượng hội tụ được sử dụng để so sánh.
So sánh giữa chế độ đơn và chế độ đahàn lasercác hiệu ứng
Laser đơn mode: đường kính lõi nhỏ, mật độ năng lượng cao, khả năng xuyên thấu mạnh, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, tương tự như một con dao sắc bén, đặc biệt thích hợp cho việc hàn các tấm mỏng và hàn tốc độ cao, và có thể được sử dụng với gương điện kế để gia công các chi tiết nhỏ và các chi tiết có độ phản xạ cao (các chi tiết phản xạ cực mạnh), tai, các chi tiết nối, v.v.), như hình trên, laser đơn mode có lỗ khóa nhỏ hơn và thể tích hơi kim loại áp suất cao bên trong hạn chế, do đó nói chung không có các khuyết tật như lỗ rỗng bên trong. Ở tốc độ thấp, bề mặt mối hàn thô ráp nếu không thổi khí bảo vệ. Ở tốc độ cao, cần thêm khí bảo vệ. Chất lượng gia công khí tốt, hiệu suất cao, mối hàn mịn và phẳng, tỷ lệ sản lượng cao. Thích hợp cho hàn xếp chồng và hàn xuyên thấu.
Laser đa chế độ: Đường kính lõi lớn, mật độ năng lượng thấp hơn một chút so với laser đơn chế độ, lưỡi cắt cùn, lỗ khóa lớn hơn, cấu trúc kim loại dày hơn, tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng nhỏ hơn, và ở cùng công suất, độ xuyên thấu thấp hơn 30% so với laser đơn chế độ, do đó thích hợp sử dụng cho gia công hàn giáp mối và gia công tấm dày với khe hở lắp ráp lớn.
Tương phản laser vòng composite
Hàn lai: Tia laser bán dẫn có bước sóng 915nm và tia laser sợi quang có bước sóng 1070nm được kết hợp trong cùng một đầu hàn. Hai tia laser được phân bố đồng trục và mặt phẳng tiêu điểm của hai tia laser có thể được điều chỉnh linh hoạt, do đó sản phẩm có cả đặc tính bán dẫn và quang học.hàn laserKhả năng sau khi hàn. Hiệu quả sáng bóng và có độ sâu của sợi.hàn laser.
Các chất bán dẫn thường sử dụng một điểm sáng lớn hơn 400µm, chủ yếu có tác dụng làm nóng trước vật liệu, làm tan chảy bề mặt vật liệu và tăng tỷ lệ hấp thụ laser sợi quang của vật liệu (tỷ lệ hấp thụ laser của vật liệu tăng khi nhiệt độ tăng).
Laser vòng: Hai mô-đun laser sợi quang phát ra ánh sáng laser, được truyền đến bề mặt vật liệu thông qua một sợi quang composite (sợi quang vòng bên trong sợi quang hình trụ).
Hai chùm tia laser với điểm hội tụ hình vòng: vòng ngoài chịu trách nhiệm mở rộng lỗ khóa và làm nóng chảy vật liệu, còn laser vòng trong chịu trách nhiệm về độ sâu xuyên thấu, cho phép hàn siêu ít bắn tóe. Đường kính lõi laser vòng trong và vòng ngoài có thể được điều chỉnh tự do. Phạm vi hoạt động linh hoạt hơn so với laser đơn.
So sánh các hiệu ứng hàn tròn phức hợp
Do hàn lai là sự kết hợp giữa hàn dẫn nhiệt bán dẫn và hàn xuyên sâu bằng sợi quang, nên độ xuyên thấu vòng ngoài nông hơn, cấu trúc kim loại sắc nét và mảnh hơn; đồng thời, bề ngoài có tính dẫn nhiệt, vũng nóng chảy ít biến động, phạm vi rộng và vũng nóng chảy ổn định hơn, tạo nên bề mặt mịn hơn.
Do laser vòng là sự kết hợp giữa hàn xuyên sâu và hàn xuyên thấu sâu, vòng ngoài cũng có thể tạo ra độ sâu xuyên thấu, giúp mở rộng hiệu quả lỗ hàn. Cùng một công suất, laser có độ sâu xuyên thấu lớn hơn và lớp vật liệu dày hơn, nhưng đồng thời, độ ổn định của vũng nóng chảy hơi kém hơn. Sự dao động của chất bán dẫn sợi quang hơi lớn hơn so với hàn composite, và độ nhám tương đối lớn.
Thời gian đăng bài: 20 tháng 10 năm 2023
