- Các thơng số và khả năng cơng nghệ.
VI.3 Các phương pháp gia cơng kim loại bằng tia laser.
VI.3. Các phương pháp gia cơng kim loại bằng tia laser. laser.
Máy cắt:
Phương pháp cắt bằng laser có thể được xem là một phương pháp cắt đốt cháy tinh, vật liệu được đưa đến điểm chảy của nó bằng tia laser
sử dụng phản ứng phát nhiệt với khí cắt O2 có thể cắt với các chiều dày
đã cho ở phần trên.
Trong việc cắt hợp kim chứa sắt, một vòi oxy đồng tâm với tia laser được hướng vào bề mặt của kim loại được gia nhiệt, nhiệt lượng của vùng thép nóng chảy được tạo ra bởi năng lượng của laser làm cho oxy kết hợp với kim loại trong vùng này. Vòi phun vì vậy sẽ đốt xuyên qua toàn bộ bề dày của lớp thép.
Kỹ thuật cắt laser là ta chiếu tia laser qua một lăng kính lăng tụ 3 mặt để nó phản xạ và đi qua thấu kính hội tụ trên bề mặt chi tiết.
Phương pháp khoan bằng tia laser.
Tập trung tia laser thông qua hệ thống lăng kính và chiếu lên một diện tích cực nhỏ thì có thể khoan được lỗâ nhỏ trên vật liệu nóng chảy cao. Về phương diện lý thuyết thì điểm nóng chiếu trên bề mặt vật liệu đường kính (d) của chấm sáng cỡ bằng chiều dài sóng. Thực tế có thể tạo
ra chấm sáng có đường kính 100 ÷ 250 µm cường độ ánh sáng được tập
trung bằng lăng kính gấp 40 lần cường độ ánh sáng mặt trời.
Có thể khoan lỗ đường kính 2 ÷ 5 µm bằng hệ thống lăng kính hội
tụ và hệ thống điều chỉnh cơ khí. Gia công lỗ lớn hơn vài mm thì dùng một lăng kính. Kim loại ở lỗ gia công bốc hơi kim loại. Có thể điều chỉnh thời gian và số lần xung phóng laser để điều chỉnh độ sâu lỗ. Quá trình khoan lỗ laser có thể tách ra làm hai pha.
- Aùnh sáng laser bóc lớp bề mặt có khả năng phản chiếu lớn.
- Sau đó vật liệu gần đen hấp thụ năng lượng chùm tia laser.
Trong quá trình sau sự phát nóng tăng lên rất mạnh và nhiệt độ tỏa ra mọi hướng từ lỗ khoan. Từ đó có thể thấy rằng đường kính lỗ sẽ lớn nếu thời gian chiếu càng dài.
Hàn laser:
- Sự chuyển năng lượng laser được chuyển thành nhiệt khiến cho kim loại phải trải qua một sự thay đổi pha từ rắn sang lỏng và khi năng lượng đó không còn nữa, kim loại trở về trạng thái rắn. Quá trình hàn chảy kim loại này được dùng để tạo ra mối hàn điểm hay lớp hàn liên tục. Hai kiểu hàn laser: hàn dẫn nhiệt và hàn xuyên sâu.
- Hàn dẫn nhiệt: Dựa trên đặc tính khuyếch tán nhiệt của kim loại để dẫn nhiệt vào trong vùng mối hàn. Bằng cách tập trung nhiệt trong đường kính tia hội tụ và điều khiển cho lượng nhiệt này đi vào vùng hàn trong những khoảng thời gian ngắn, lượng nhiệt được dẫn càng ngày càng vào sâu bên trong mối hàn nhiều hơn.
- Hàn lỗ xuyên sâu: được tạo ra bởi năng lượng tia được chuyển đồi thành nhiệt tạo ra 1 lỗ xuyên qua bề dày của lớp kim loại, áp suất bốc hơi của kim loại làm cho 1 lớp kim loại chảy thích hợp ảnh hưởng đến lỗ. Sự di chuyển của lỗ và đặt lại sau thời gian điểm tiếp xúc với tia kim loại đặc lại có cấu trúc khác kim loại bền. Các giới hạn hàn xuyên sâu lớn nhất vào khoảng 25 mm với công nghệ laser hiện nay.
32
Tia laser
Aùp suất bay hơi
Thành chảy
Hướng hàn
Kiểu xuyên sâu Kiểu dẫn nhiệt
Hình 24. Các kiểu hàn laser.
Hình 25. Thiết kế mối hàn laser.
Hình 26. Độ xuyên và tốc độ hàn với laser CO2 và Nd:YAG.
Gia cơng kim cương bằng laser.
Vật liệu kim cương và tinh thể cacbon có dạng kim cương có cấu trúc bền vững. Trong tất cả các vật liệu, kim cương cứng nhất so với các vật liệu đã biết trước đây. Kim cương thì không chịu tác dụng của hóa học và trong suốt tạo nên dãy quang nhỏ khi chiếu ánh sáng.
33 9 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 Tốc độ (mm/ph) Độ xuyên sâu (mm) Hàn thép không rỉ 304 : 6 – kW CO2 : 4 – kW CO2 : 2 - kW CO2 : 1750 –W Pulsed YAG : 1750 –W CW YAG
Chế tạo và cắt kim cương được kết hợp bởi nhiều ứng dụng yêu cầu mức độ cao của độ phân giải chọn lọc. Hầu hết chế tạo kim cương hiện nay đều sử dụng trong lĩnh vực đá quý và từ kim cương tự nhiên. Trước đây việc chế tạo kim cương dựa trên mài bằng kim cương bao gồm cưa, mài bóng. Tuy nhiên tia laser cũng được sử dụng trong công nghiệp kim cương để chia kim cương công nghiệp và phá tan những hư hỏng trên đá chạm bằng tia laser trên bề mặt kim cương qua hai bước: tạo dáng cơ bản trên bề mặt bằng chiếu tia lên bề mặt và làm tinh.
Thường sử dụng tia laser Nd:YAG để cắt khoan kim cương. Tuy nhiên tia laser cực tím phát xung quang lại thuận lợi cho dành cho đục bề mặt kim cương. Sử dụng laser cực tím nhỏ để cắt kim cương với độ sắc nét cao. Thấu kính kết hợp với tia laser nhỏ sẽ hội tụ trên bề mặt đá tạo ra hình dáng kim cương.
Điều khiển độ sâu gia công có thể dùng cấu trúc vĩ mô laser .v.v. Nguồn năng lượng laser yêu cầu là một hàm của diện tích điểm tập trung laser trên bề mặt làm việc. Cường độ tia laser hội tụ cũng là tham số ảnh
hưởng điểm nhỏ nhất. Với kích thước siêu nhỏ (µm) chỉ cần một vài µJ
năng lượng laser đã dễ dàng gia công vật liệu kim cương. Kết quả, nguồn v.v. nhỏ như laser kích thích độ dẫn sóng để gia công cấu trúc tế vi… Tia
laser KrF phóng ra 50 µJ tạo khe nứt 0,5 µm sẽ tạo ra điểm 15 ÷ 20 µm
đường kính và tạo ra năng lượng 10 ÷ 20 J/cm2.
Những tia laser này quét thông qua kính trên máy điều khiển tự động qua chương trình CAD/CAM.
Độ sâu được điều khiển bằng cách thay đổi tham số X và Y để di chuyển tia laser. Xung laser chiếu lên kim cương để tạo hình ảnh quét.
Tia laser tạo ra xung 50 µJ trong khoảng 80 ns với tần số kích thích 2
KHz. Chi tiết gắn chặt trên bàn máy, bàn máy này điều khiển theo chương trình nạp sẵn có các cảm biến, động cơ servo. Điều khiển máy tính thông qua các chương trình CAD/CAM cho máy gia công laser cho phép cắt tạo ra bề mặt kim cương.