Hàn laser — Phương pháp hàn

Hàn laser hoàn toàn khác với mọi phương pháp hồ quang: Ở đây không có làm nóng chảy, mà là một chùm tia laser hội tụ. Chùm tia tập trung năng lượng vào một điểm chỉ bằng vài phần nghìn milimét — mật độ năng lượng cao đến mức kim loại ở đó bốc hơi tức thì và tạo thành một "kênh hơi" (Keyhole). Laser "xuyên" qua vật liệu, và phía sau tiêu điểm, vũng hàn lại khép kín thành mối hàn.

Kết quả hoàn toàn trái ngược với hàn que:

• Mối hàn cực hẹp, sâu: Tỷ lệ sâu trên rộng có thể đạt 10:1 hoặc hơn.

• Vùng ảnh hưởng nhiệt : Nhiệt chỉ tập trung vào một điểm, phần còn lại của chi tiết vẫn nguội — hầu như không biến dạng, hầu như không thay đổi cấu trúc.

• Tốc độ cao nhất: Tấm mỏng được hàn trong tích tắc.

Thêm vào đó: Không tiếp xúc. Laser không cần điện cực, không cần dây tiếp xúc, không cần mỏ hàn trên vật liệu. Điều này cho phép ở những vị trí khó tiếp cận và tự động hóa hoàn hảo với robot.

Có những loại laser nào?

Người ta phân biệt chúng theo môi trường tạo ra ánh sáng:

• Laser CO₂ (10,6 µm): Loại kinh điển cho thép tấm dày. Từng là tiêu chuẩn trong thời gian dài, ngày nay trong kỹ thuật hàn đã phần lớn bị thay thế.

• Laser sợi quang (khoảng 1,06 µm): Tiêu chuẩn hiện đại. Nhỏ gọn, hiệu suất cao nhất, ánh sáng có thể dẫn qua sợi thủy tinh. Lý tưởng cho robot và mối hàn tinh xảo.

• Laser đĩa (khoảng 1,03 µm): Công suất rất cao với chất lượng chùm tia tuyệt vời — cho tấm dày và tốc độ cao.

• Laser diode: Trực tiếp từ chất bán dẫn, chùm tia mềm hơn — thiên về hàn vảy cứng và hàn đắp.

Trước đây còn có laser rắn Nd:YAG (1,06 µm) như giải pháp chuyển tiếp; ngày nay laser sợi quang và laser đĩa chiếm ưu thế.

Tại sao là Watt mà không phải Ampe?

Vì chúng là hai đại lượng vật lý khác nhau. Với , công suất là dòng điện nhân điện áp — và vì điện áp hồ quang gần như không đổi (20–40 V), dòng điện tính bằng Ampe điều khiển trực tiếp nhiệt lượng. Với laser, chùm tia cung cấp ánh sáng (photon), không phải dòng điện — đại lượng liên quan, đo được trực tiếp là công suất quang = năng lượng trên giây = Watt. Đơn giản là không có "dòng điện" trong chùm tia. Thiết bị tuy lấy công suất điện từ ổ cắm (cũng tính bằng Watt), nhưng biến đổi nó thành ánh sáng laser với hiệu suất 30–50 %. Vì vậy người ta phân loại laser theo công suất quang đầu ra tính bằng Watt — thường từ 0,5–20 kW, tùy theo độ dày tấm.

Dùng khí gì?

Khí quá trình/ trong hàn laser có hai nhiệm vụ: Bảo vệ vũng hàn khỏi oxy hóa và kiểm soát đám mây plasma trên mối hàn, thứ làm suy yếu chùm tia:

• Heli: Ức chế plasma tốt nhất — cho mối hàn sâu, đặc biệt với laser CO₂.

• Argon: Tiêu chuẩn cho laser sợi quang và laser đĩa trên thép và thép không gỉ.

• Nitơ: Cho thép không gỉ (ổn định cấu trúc), nhưng có nguy cơ tạo lỗ khí.

• Tấm mạ kẽm: Hỗn hợp khí đặc biệt, vì kẽm bốc hơi có thể làm nứt mối hàn.

Hai phương pháp cơ bản:

• Hàn dẫn nhiệt: Ở công suất thấp, chùm tia chỉ làm nóng chảy bề mặt — mối hàn rộng, phẳng, mịn, giống như hàn vảy.

• Hàn sâu (Keyhole): Ở công suất cao, chùm tia xuyên thủng vật liệu — mối hàn sâu, hẹp cho các liên kết kết cấu.

Ứng dụng là lĩnh vực của độ chính xác và sản xuất hàng loạt: Công nghiệp ô tô (chi tiết thân xe, hộp số), tế bào pin, vỏ điện tử, chi tiết y tế và mọi thứ mà biến dạng là vấn đề.

Cái giá phải trả: Thiết bị đắt tiền, chuẩn bị mối hàn phải chính xác (khe hở gần bằng không), và an toàn đòi hỏi laser cấp 4 với buồng kín. Đối với sản xuất đơn chiếc trong xưởng, laser hiếm khi là lựa chọn đầu tiên — ở đó hàn MAG hoặc TIG .