So với các phương pháp hàn truyền thống,hàn laserCó những ưu điểm vượt trội – lượng nhiệt đầu vào thấp, tốc độ hàn nhanh, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ.
Trong những năm gần đây, hàn laser đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, đóng tàu, năng lượng hạt nhân và hàng không vũ trụ.
Ngành hàng không và các ngành công nghệ cao khác ngày càng sử dụng rộng rãi, và với việc giảm chi phí của các bộ thiết bị hoàn chỉnh, trong việc cung cấp phần cứng hàng ngày cũng trở nên phổ biến hơn.
Và các ứng dụng liên quan đến đời sống khác cũng bắt đầu phát triển nhanh chóng. Nhưng đồng thời, hàn laser đơn cũng có những nhược điểm nhất định.
Không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng đa dạng: thứ nhất, yêu cầu về khe hở giữa các mối hàn laser đơn rất khắt khe,
Thông thường, khe hở phải nhỏ hơn 0,2mm, nếu không sẽ khó đạt được kết nối tốt; Thứ hai,hàn laser đơnrất nhạy cảm với các vết nứt hàn.
Rất dễ gây ra hiện tượng nứt mối hàn, và thành phần của mối hàn không thể điều chỉnh để kiểm soát sự hình thành vết nứt; Thứ ba, đơn lẻ
Hàn laser đòi hỏi laser có công suất cực cao khi hàn các tấm có độ dày lớn, và khả năng xuyên thấu của nó phụ thuộc hoàn toàn vào công suất của laser.
Và chất lượng mối hàn không thể được đảm bảo hoàn toàn.
Để đáp ứng nhu cầu phát triển của nhiều ngành công nghiệp khác nhau, các phương pháp hàn laser cũng đã được cải tiến, và các hướng phát triển tương ứng cũng đã được thực hiện, như bài viết này.
Bài viết mô tả phương pháp hàn đắp dây bằng laser và các phương pháp hàn khác. Phương pháp hàn đắp dây bằng laser được phát triển trên cơ sở phương pháp hàn laser đơn.
So với phương pháp hàn laser đơn lẻ, phương pháp này có những ưu điểm rõ rệt:
①Giảm đáng kể yêu cầu lắp ráp chi tiết, vì dây hàn được thêm vào quá trình hàn, lượng kim loại trong vũng hàn sẽ tăng lên đáng kể và có thể được nối liền.
Kết nối với khe hàn lớn hơn, đồng thời làm cho mối hàn dày hơn;
Các đặc tính vi cấu trúc của vùng hàn có thể được kiểm soát, vì thành phần của dây hàn khác với thành phần của vật liệu nền của mối hàn.
Sau khi dây hàn được nung chảy vào vũng hàn, chất lượng, thành phần và tỷ lệ của vũng hàn có thể được điều chỉnh để kiểm soát quá trình đông đặc và sự hình thành cấu trúc vi mô.
(3) Năng lượng đầu vào đường dây nhỏ, vùng ảnh hưởng nhiệt và biến dạng nhiệt nhỏ, rất thuận lợi cho việc hàn phôi có yêu cầu biến dạng nghiêm ngặt;
④Có thể đạt được khả năng hàn vật liệu dày hơn với công suất laser nhỏ hơn, vì dây hàn được thêm vào quá trình hàn, cho phép thực hiện nhiều mối hàn.
Vùng kim loại nóng chảy sẽ giãn nở đáng kể, nhờ đó có thể mở rộng mối hàn để giảm kích thước thực tế của mối hàn.
Hàn laser theo độ dày, sau đó thực hiện hàn dây laser đa kênh trên vật liệu tấm dày.
Sự khác biệt giữa hàn dây laser và hàn dây laser
Hình 1 thể hiện hình dạng của phương pháp hàn dây laser, khác với phương pháp hàn đồng bằng dây laser thể hiện trong Hình 2. Các yếu tố cơ bản của cả hai phương pháp hàn này là:
Máy hàn laser bao gồm các thành phần như chùm tia laser, dây hàn, các bộ phận hàn, khí bảo vệ (tùy theo nhu cầu thực tế để quyết định có thêm các thành phần khác hay không).
Các thiết bị chính bao gồm máy cấp dây, máy hàn, đầu súng hàn mềm, đầu hàn, laser công suất cao.
Hình 1. Hàn dây bằng laser.
Hình 2. Hàn dây bằng laser.
Mặc dù về cơ bản không có sự khác biệt về hình thức bên ngoài giữa hai phương pháp hàn, nhưng về bản chất lại có sự khác biệt đáng kể. Khi hàn dây bằng laser,
Máy laser này thường sử dụng laser sợi quang công suất cao, như thể hiện trong Hình 3, laser không chỉ cần dây hàn mà còn cần làm nóng chảy kim loại nền và trong quá trình hàn.
Hiệu ứng lỗ đặc biệt của hàn xuyên sâu bằng laser được hình thành trên kim loại nền, tạo thành vũng nóng chảy sâu, và thành phần của dây hàn được trộn lẫn hoàn toàn với thành phần kim loại của kim loại nền.
Một vũng nóng chảy lai mới được hình thành, và thành phần, tỷ lệ và chất lượng của vũng nóng chảy lai này lớn hơn so với dây hàn và vật liệu nền.
Do đó, có thể bổ sung dây hàn phù hợp vào quy trình hàn dựa trên các khuyết tật về tính chất của vật liệu cơ bản để nâng cao hiệu quả hàn.
Xét về mặt hình thức, khả năng chống nứt, chống mỏi, chống ăn mòn, chống mài mòn và các khía cạnh khác của mối hàn được cải thiện một cách có chủ đích.
Ngoài ra, hàn dây bằng laser có thể thực hiện hàn xếp chồng nhiều kênh, vì nó có thể đạt được khả năng hàn xuyên sâu với hiệu ứng lỗ nhỏ, điều này có thể đạt được
Sự kết dính hoàn toàn của hai lớp dưới cùng của đường hàn giúp tránh được các khuyết tật nghiêm trọng do không kết dính, nhờ đó có khả năng hàn các mối nối có độ dày lớn.
Khidây laserTrong quá trình hàn, laser thường sử dụng laser bán dẫn công suất cao, như thể hiện trong Hình 4.
Trên dây hàn, chỉ một lượng laser rất nhỏ tác động lên mối hàn và làm tan chảy một lượng nhỏ kim loại trên bề mặt mối hàn, và vũng nóng chảy gần như hoàn toàn bị tan chảy.
Sau khi dây hàn được hình thành, hiệu suất mối hàn chủ yếu phụ thuộc vào thành phần nguyên tố và tỷ lệ của dây hàn và phần dây hàn nóng chảy tại vị trí hàn.
Mục đích chính của hàn dây bằng laser là đạt được độ bền liên kết nhất định cho mối hàn.
Và việc hàn kín, cũng như hàn dây laser, không thể thực hiện hàn nhiều lớp chồng lên nhau, về cơ bản hai lớp hàn trên và dưới không thể tạo thành một khối liền mạch.
Hiện tại, do đã hoàn toàn và hiệu quả kết dính, các đặc tính cơ học của mối nối rất kém.
Lĩnh vực ứng dụng của hàn dây bằng laser
Với sự phát triển của công nghệ hàn dây bằng laser và sự gia tăng giới hạn công suất laser, phạm vi ứng dụng củahàn dây laser
Ngày càng mở rộng, chủ yếu ở các khía cạnh sau:
Hàn dây laser hợp kim nhôm
Nhìn chung, do bản thân hợp kim nhôm có độ phản xạ cao với tia laser và độ dẫn nhiệt cao, nên hợp kim nhôm được hàn bằng laser.
Khi công suất laser cần thiết lớn, điều này sẽ dẫn đến sự bay hơi và hao phí nghiêm trọng của các nguyên tố có điểm sôi thấp trong hợp kim nhôm (như Mg, Zn, v.v.).
Đồng thời, sức căng bề mặt thấp của kim loại nóng chảy ảnh hưởng đến đặc tính đông đặc của mối hàn, và những lý do này dẫn đến sự tồn tại của phương pháp hàn laser hợp kim nhôm.
Nhiều vấn đề nghiêm trọng phát sinh – tính chất cơ học kém của mối hàn, hình dạng mối hàn không tốt, rỗ khí và nứt nẻ. Thay vào đó, laser được sử dụng để làm đầy dây hàn.
Hàn hợp kim nhôm sẽ cải thiện đáng kể những vấn đề này:
①Hàn dây bằng laser có thể cải thiện độ lõm của bề mặt mối hàn, từ đó nâng cao hiệu quả mối hàn.Loại và quá trình hàn tạo ra ít tia lửa bắn ra;
②Việc thêm dây hàn không chỉ ảnh hưởng đến định hướng tinh thể của các tinh thể hình trụ trong mối hàn mà còn làm loãng mối hàn.Giao diện tinh thể được tạo ra bởi sự phát triển tương đối của tinh thể cột lõi giúp cải thiện quá trình hình thành mối hàn, đồng thời cải thiện tỷ lệ hấp thụ tia laser của vật liệu.
Khi tăng chiều rộng vùng nóng chảy, độ cứng vi mô giảm nhẹ, trong khi độ bền kéo và độ giãn dài của mối hàn sẽ tăng đáng kể dưới các thông số quy trình tối ưu.
Cải thiện; (3) Hàn với các thông số quy trình thích hợp có thể đạt được không có khuyết tật bên trong rõ ràng, độ cứng vi mô HV60 trở lên và HAZ của mối hàn
Không có hiện tượng mềm hóa rõ rệt của mối hàn trong khu vực này, và vết nứt nằm ở vùng vật liệu nền trong quá trình thử kéo.
Hàn dây laser các kim loại khác nhau
Trong một số môi trường làm việc đòi hỏi khắt khe hoặc do yếu tố chi phí, việc thực hiện đồng thời nhiều khía cạnh của một chi tiết gia công thường là cần thiết.
Các đặc tính đặc biệt, chẳng hạn như khả năng chống ăn mòn, độ bền riêng cao, khả năng chịu nhiệt, khả năng chống mài mòn, độ dẫn điện cao, khả năng tản nhiệt tốt, v.v., nhưng phần lớn
Vật liệu kim loại không thể đồng thời sở hữu nhiều tính chất đặc biệt nổi bật, và vật liệu kim loại có tính chất đặc biệt thường...
Vì khan hiếm và đắt tiền, không thể sử dụng với số lượng lớn, nên nếu có thể tạo ra nhiều loại vật liệu có đặc tính đặc biệt để đạt được sự kết nối hiệu quả thì…
Có thể đáp ứng yêu cầu sử dụng. Sự khác biệt về tính chất vật lý và hóa học giữa các vật liệu kim loại khác nhau thường rất lớn, điều này là không thể tránh khỏi trong quá trình hàn.
Sự hình thành các hợp chất liên kim loại có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của mối hàn; các hợp chất liên kim loại giòn sẽ làm cho mối hàn rất dễ bị nứt vỡ.
Rất khó để sử dụng trực tiếp một tia laser duy nhất để hàn các mối nối kim loại khác nhau, và độ ổn định của quá trình cũng khó kiểm soát.
Khó khăn trong việc tái tạo. Nhiều học giả và chuyên gia đã nhận thấy rằng hàn dây bằng laser tương đối tốt để hàn các kim loại khác nhau, và sự lựa chọn này là phù hợp.
Dây hàn có thể ức chế sự hình thành các hợp chất liên kim loại ở một mức độ nhất định, và có thể cải thiện đáng kể tính chất cơ học của mối hàn.
Hiệu suất:
①Mối hàn chồng Mg/Cu bằng phương pháp hàn laser có thể được tạo hình tốt nếu sử dụng các thông số quy trình phù hợp.Cường độ cắt tối đa của các mối nối kim loại khác loại có cường độ nhất định có thể đạt tới 164,2 MPa, tương đương 64% so với kim loại nền hợp kim magie.
② Nghiên cứu quá trình hàn nối chồng và nối giáp Al/Ti, và kết quả cho thấy quá trình hàn ổn định và tạo hình tốt khi sử dụng điểm sáng hình chữ nhật.Đẹp, phạm vi thông số quy trình rộng, chất lượng mối hàn cao, độ bền kéo tối đa đạt 94% so với kim loại nền hợp kim nhôm;Cải thiện quá trình tạo hình mối hàn.Đối với các chi tiết có mục đích chịu lực, nếu mối hàn bị sụp đổ, độ dày hiệu dụng của nó sẽ giảm, và các tính chất cơ học sẽ bị suy giảm nếu mối hàn bị kẹt.
Điều này sẽ dẫn đến sự tập trung ứng suất ở mép mối hàn, và các tính chất cơ học sẽ bị suy giảm. Đối với chi tiết gia công có yêu cầu về hình thức, nếu mối hàn bị sụp đổ
Việc bị vướng hoặc cắn vào mép mối hàn có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hình thức và không thể chấp nhận được. Để mối hàn được hoàn chỉnh, cần sử dụng phương pháp hàn dây laser.
Đây là một phương pháp rất tốt, vì dây hàn được nung chảy vào vũng chảy, nó có thể làm tăng thể tích vũng chảy một cách hiệu quả, từ đó đảm bảo mối hàn được kín hoàn toàn.
Khuyết tật ở rìa răng cắn.
Đối với phôi có khe hở mối nối lớn (thường là≥(0,3mm), hàn laser đơn khó đạt được kết nối hiệu quả và chỉ có thể được lấp đầy.
Có thể thêm vật liệu để lấp đầy khe hở mối hàn, vì vậy hàn dây bằng laser là một giải pháp rất hiệu quả.
Hàn góc khe hẹp
Hàn dây laser khe hẹp có thể thực hiện hàn hiệu quả các tấm có độ dày trung bình và vừa bằng cách sử dụng laser công suất nhỏ và trung bình, không chỉ bằng cách thêm phương pháp hàn thông thường.
Việc sử dụng dây dẫn để thay đổi thành phần và cấu trúc của kim loại mối hàn, cải thiện hiệu suất tổng thể của mối hàn, đồng thời cải thiện độ dốc của mối hàn laser đơn.
Khả năng thích ứng và chịu lỗi của khe hở miệng, vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn hẹp, và ứng suất của mối hàn cũng nhỏ, mang lại hiệu quả làm việc cao.
Do đó, trong những năm gần đây, nhiều chuyên gia và học giả đã tiến hành các nghiên cứu liên quan đến vấn đề này:
①Sử dụng công nghệ hàn laser đa kênh với khe hẹp.Phương pháp hàn được sử dụng để hàn tấm thép Q345D dày 40mm dùng trong ngành hàng hải, kết quả cho thấy rằng việc lựa chọn các thông số quy trình hàn phù hợp có thể tạo ra hình dạng tốt.
Mối hàn không có lỗ rỗ, không có khuyết tật như không kết dính, độ bền va đập của tâm mối hàn tốt, và độ bền kéo của mối hàn cao hơn vật liệu nền;
②Thép rôto dày 50mm được hàn bằng phương pháp hàn laser nhiều lớp với khe hở hẹp, và kết quả cho thấy các thông số của quy trình hàn là phù hợp.
Nó có thể tạo hình tốt, không có khuyết tật như thành bên không liền mạch, độ bền va đập của mối nối giảm, nhưng độ bền kéo của nó cao hơn vật liệu gốc.
Gỗ;③Nghiên cứu hàn laser dây điền đầy khe hẹp đối với hợp kim nhôm 5083 dày 20mm, và kết quả cho thấy các thông số quy trình hàn thích hợp.
Có thể thu được mối hàn có ít lỗ rỗ và không có khuyết tật như không kết dính.
Các trường hợp ứng dụng và khuyến nghị về thông số thiết bị và quy trình
1. Các trường hợp ứng dụng
Cải thiện quá trình tạo hình mối hàn
Yêu cầu: Hàn thép không gỉ dày 1mm và 3mm, đường hàn phải không có lỗ rỗ và có độ định hình tốt.
Thiết bị: RFL-C4000 (đường kính lõi sợi quang 200)μm), bộ cấp dây, đầu hàn.
Bảng 5: Khuyến nghị về hình dạng và kích thước rãnh
Kết quả: Quá trình đúc khuôn diễn ra tốt và mối hàn không có lỗ rỗ, như thể hiện trong Hình 5.
Hình 5. Quá trình tạo hình mối hàn và hình thái mặt cắt ngang.
Hàn dây laser nhiều lớp với khe hẹp
Yêu cầu: Tấm thép Q345 dùng trong hàng hải dày 18mm, hàn kín, yêu cầu ít lỗ hàn, không có mối hàn hở, chịu được lực kéo của mối nối.
Độ bền cao hơn vật liệu nền và mối hàn có chất lượng tốt hơn.
Thiết bị: RFL-C6000 (đường kính lõi sợi quang 400)μm), bộ cấp dây, đầu hàn.
Thông số quy trình: đường hàn phải được vát mép, kích thước của mép vát được thể hiện trong Hình 6, và các thông số quy trình hàn khác được thể hiện trong Bảng 2.
Hình 6 Kích thước rãnh
Kết quả: Quá trình đúc khuôn diễn ra tốt, không có hiện tượng không kết dính, và mối hàn về cơ bản không có lỗ rỗng, như thể hiện trong Hình 7, và thử nghiệm kéo đã được tiến hành.
Điều này chứng tỏ mối hàn bị đứt trong vật liệu nền, cho thấy độ bền kéo của mối nối cao hơn so với vật liệu nền.
Hình 7. Sơ đồ cấu trúc kim loại của mặt cắt ngang mối hàn.
2. Đề xuất về thiết bị và thông số quy trình
Cải thiện hình dạng và chất lượng mối hàn
Đối với phương pháp hàn laser nối đối đầu các vật liệu thông thường, để cải thiện chất lượng mối hàn, người ta thường khuyến nghị nên tăng đường kính lõi laser và sợi quang.
Đầu hàn cần được cấu hình sao cho đường kính điểm hội tụ nằm trong khoảng từ 0,4mm đến 0,6mm, và dây hàn phải được lựa chọn với cấp độ phù hợp.
Các thông số hàn khác được thể hiện trong Bảng 2 và Bảng 3.
Hàn dây laser nhiều lớp với khe hẹp
Đối với phương pháp hàn laser nhiều lớp có khe hẹp trên tấm kim loại dày trung bình, thông thường nên sử dụng đường kính điểm hội tụ từ 0,6mm đến 1,0mm.
Dây hàn cần phải chọn loại phù hợp, ngoài ra, kích thước rãnh hàn phải được thiết kế hợp lý, kích thước rãnh không được quá lớn.
Nếu không, rất dễ xảy ra hiện tượng không kết dính bên trong mối hàn, và kích thước rãnh được khuyến nghị chung được thể hiện trong Bảng 5; Số lượng đường hàn nên dựa trên chiều dài tối đa của mối nối.
Đối với độ dày lớn cần xác định, mối hàn đáy đầu tiên nên được xác định bằng cách sử dụng công suất hàn tối đa của thiết bị, sau mỗi độ sâu một
Thông thường từ 3mm đến 5mm; Đối với các thông số quy trình hàn được sử dụng cho mỗi mối hàn, cần phải dựa vào độ sâu hàn yêu cầu và thời điểm thực hiện.
Chiều rộng của đường hàn phía trước được xác định. Khi chiều rộng của đường hàn lớn hơn, lượng làm lệch tiêu điểm nên được tăng lên vừa phải để ngăn ngừa hiện tượng thành bên không được hàn dính.
Thời gian đăng bài: 03/04/2025
