Tụi bề mặt chi tiết bằng laser CO2
20
Trong cụng nghiệp gia cụng kim loại, hàn bằng laser là một ứng dụng rất phổ biến. Người ta thường dựng laser CO2 và laser Nd-YAG để hàn kim loại, cú thể được thực hiện trong khụng khớ hoặc trong mụi trường khớ bảo vệ (Ar, He, CO2...). Mật độ cụng suất trờn bề mặt gia cụng phải đạt được từ 105
= 107 W/cm2. Bức xạ laser cú thể là liờn tục hoặc xung. Laser xung thường được dựng cho hàn từ ng điểm riờng lẻ và hàn đoạn ngắn. Với những vật liệu dày và mối hàn dài, quỏ trỡnh hàn phải thực hiện rất nhanh. Trong trường hợp này, laser phỏt xạ liờn tục được sử dụng là chủ yếu. Cỏc thụng số cơ bản của quỏ trỡnh hàn xung là năng lượng và thời gian xung, đường kớnh hội tụ, tần số xung, vị trớ điểm hội tụ so với bề mặt chi tiết. Với chế độ hàn liờn tục, cỏc thụng số cơ bản là mật độ năng lượng chựm tia, tốc độ hàn. Hàn bằng laser là một quỏ trỡnh mà vật liệu chi tiết trải qua sự nung núng, chảy lỏng, đúng rắn và hỡnh thành nờn vựng khuếch tỏn với cấu trỳc hạt đó bị thay đổi. Quỏ trỡnh đúng rắn là một chuỗi rất phức tạp, vỡ nú phụ thuộc vào thành phần vật liệu, kiểu đúng rắn, tốc độ nguội v.v...
Mặt khỏc, hàn bằng laser là một quỏ trỡnh cõn bằng giữa nung núng và làm nguội trong khi một thể tớch khụng gian được chồng lờn bởi hai hay nhiều hơn cỏc chất rắn là hố kim loại lỏng, được hỡnh thành và duy trỡ trạng thỏi ổn định cho đến lỳc đúng rắn. Mục đớch của hàn bằng laser là để hỡnh thành hố kim loại lỏng bằng cỏch hấp thụ một bức xạ chiếu tới, hố này phỏt triển đến kớch thước cần thiết và lan truyền trong vựng ranh giới thể rắn để xú đi ranh giới này giữa cỏc thành phần cần hàn liờn kết. Quỏ trỡnh hàn sẽ khụng hỡnh thành được nếu hố chảy lỏng quỏ lớn hoặc quỏ nhỏ, hoặc xuất hiện sự bốc hơi lớn. Chất lượng của hàn laser phụ thuộc vào sự húa hơi của cỏc thành phần hợp kim, gradient nhiệt độ quỏ lớn dẫn đến nứt tế vi vựng húa rắn, tớnh khụng ổn định về thể tớch và kớch thước của rónh hàn ảnh hưởng đến sự rỗ và hỡnh thành khoang trống.
Việc duy trỡ cõn bằng giữa nhiệt vào và nhiệt ra phụ thuộc vào hằng số hấp thụ bức xạ laser và sự tổn thất nhiệt bờn trong chi tiết.
Hàn bằng laser cú thể là hàn truyền nhiệt và hàn núng chảy sõu. Người ta thường dựng cỏch hàn truyền nhiệt để hàn kết dớnh cỏc tấm mỏng, phương phỏp hàn
Tụi bề mặt chi tiết bằng laser CO2
21
sõu được sử dụng để hàn cỏc tấm cú chiều dày lớn. Khi hàn sõu mật độ cụng suỏt lờn đến trờn 106
W/cm2, tạo ra bờn trong vật liệu mao quản hơi, theo đú, tia laser lọt được vào sõu bờn trong vật liệu và đến đú laser mới bị hấp thụ. Độ sõu của đường hàn cú thể lớn gấp 5 - 10 lần bề rộng.
Hệ số phản xạ của vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng mối hàn và mức cụng suất cần thiết. Ngoài ra, chất lượng chựm tia laser hay là khả năng hội tụ của chựm là yếu tố quan trọng để cú thể đạt đến mức cụng suất cần thiết. Ứng dụng hàn bằng laser đó mang lại hiệu quả cho cỏc ngành cụng nghiệp chế tạo cơ khớ như ụ tụ, hàng khụng, điện tử - vi điện tử, chế tạo đồng hồ hay những chi tiết nhỏ, chớnh xỏc... Vớ dụ trong chế tạo chi tiết đồng hồ, cú thể hàn liờn kết lũ xo xoắn vào trục mà khụng làm thay đổi khối lượng chung, khụng cần vật liệu phụ trợ để tạo liờn kết.