Hàn laser là phương pháp nối hai vật liệu lại với nhau bằng cách sử dụng chùm tia laser làm nguồn nhiệt tập trung để làm tan chảy và nung chảy các vật liệu tại điểm tiếp xúc của chúng. Nó mang lại những lợi thế so với các kỹ thuật hàn truyền thống như tốc độ nhanh hơn, tự động hóa dễ dàng hơn, chất lượng và độ chính xác được cải thiện cũng như các tùy chọn vật liệu mở rộng.Hàn laser lạnhđề cập đến một tập hợp con các phương pháp hàn laser có lượng nhiệt đầu vào thấp hơn nhiều so với hàn laser tiêu chuẩn. Nhưng nó hoạt động như thế nào và các kỹ thuật hàn laser lạnh chính được sử dụng ngày nay là gì?
Đầu vào nhiệt thấp hơn
Theo định nghĩa, hàn laser lạnh sử dụng mật độ năng lượng laser và lượng nhiệt đầu vào ít hơn đáng kể so với các phương pháp hàn nhiệt hạch nóng hơn. Điều này cho phép các vật liệu nhạy nhiệt hơn như nhựa hoặc lá mỏng được nối với nhau mà ít bị biến dạng, cháy hoặc hư hỏng nhiệt khác so với hàn laser nóng hơn.[1]
Kỹ thuật hàn laze lạnh điển hình chỉ cung cấp 25-30% năng lượng đầu vào được sử dụng trong hàn laze thông thường. Điều này tương đương với mật độ năng lượng dưới 1 megawatt trên mỗi cm vuông và nhiệt độ cao nhất dưới 2500 độ F tại các bề mặt đường liên kết.[2]
Nhiệt độ thấp hơn giúp giảm thiểu cong vênh bộ phận và những thay đổi luyện kim có rủi ro trong các bộ phận được hàn. Nó cũng cho phép liên kết thành công trong các vật liệu có độ phản chiếu cao như nhôm hoặc đồng thường làm chệch hướng lượng năng lượng laser cao hơn thay vì hấp thụ nó.[3]
Kỹ thuật hàn Laser lạnh chính
Ba loại hàn laser chính được coi là kỹ thuật lạnh bao gồm:
1. Hàn laser mật độ năng lượng thấp
Điều này liên quan đến việc giảm mật độ năng lượng của laser sợi quang hoặc trạng thái rắn tiêu chuẩn xuống 0,5 megawatt trên cm2 hoặc thấp hơn. Nó cho phép hàn các mối hàn có độ sâu lên tới 0,5mm đồng thời giảm thiểu lượng nhiệt đầu vào và tác động luyện kim lên các hợp kim nhạy cảm.[4]
2. Quét hàn Laser
Phương pháp này dao động nhanh hoặc quét chùm tia laser qua đường nối trong khi bắn xung. Sự kết hợp giữa chùm tia rộng hơn và chuyển động nhanh sẽ hạn chế lượng nhiệt đầu vào mặc dù sử dụng mật độ năng lượng trên 2 megawatt trên cm2. Nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc hàn các hợp kim hàng không vũ trụ và các tab pin.[5]
3. Hàn vi tia Laser
Phương pháp này sử dụng các điốt laser hồng ngoại phát ra các bước sóng được điều chỉnh theo các đỉnh hấp thụ của polyme. Kiểm soát cẩn thận mức phát xạ dưới 150 watt sẽ tạo ra các mối hàn hẹp có độ sâu dưới 0,1 mm nhưng đủ chắc chắn cho các bộ phận như ống thông y tế và thiết bị vi điện tử.[6],[7]
Ưu điểm so với hàn Laser tiêu chuẩn
Trong khi tốc độ và độ sâu hàn tối đa bị hạn chế, kỹ thuật laser lạnh mang lại những ưu điểm bao gồm:
- Giảm thiểu biến dạng bộ phận và thay đổi luyện kim có hại
- Tránh hư hỏng do nhiệt và mất nhiệt ở các hợp kim nhạy cảm
- Tạo điều kiện cho các liên kết chính xác mạnh mẽ trong các vật liệu có độ phản chiếu và dẫn điện cao mà trước đây không thể hàn được
- Kết hợp các cặp vật liệu nhựa nhiệt dẻo và polymer khác nhau dễ bị phân hủy nhiệt
- Cho phép hàn tự động các lá kim loại cực mỏng có độ dày tới 0.05mm [8]
Vì vậy, hàn laser lạnh lấp đầy một khoảng trống quan trọng - tạo điều kiện cho việc nối kim loại, nhựa và hỗn hợp vật liệu phức tạp không tương thích với các phương pháp hàn laser thông thường nóng hơn.
Ứng dụng tận dụng lợi thế
Các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, điện tử và thiết bị y tế nói riêng áp dụng các giải pháp hàn laser lạnh để tận dụng các lợi ích như tạo điều kiện cho các mối nối vật liệu đòi hỏi khắt khe với độ biến dạng tối thiểu trên các bộ phận nhỏ, phức tạp.
Các ứng dụng ví dụ bao gồm:
- Bịt kín vỏ titan của máy điều hòa nhịp tim [9]
- Hàn buồng chân không bên ngoài cho máy quang phổ khối [10]
- Nối các cuộn dây lá niken trong máy phát điện mà vẫn giữ được tính chất từ [11]
- Bịt kín các polyme trong miếng dán phân phối thuốc mà không cần chất kết dính hóa lỏng bằng nhiệt [12]
Vì vậy, khi hoạt động ở quy mô nhỏ hơn, kỹ thuật laser lạnh cho phép liên kết quan trọng trong các hợp kim cấp không gian, dụng cụ chẩn đoán và các bộ phận y tế cứu mạng trong đó việc duy trì các đặc tính và kích thước của vật liệu cơ bản là điều tối quan trọng.
Tóm tắt
Hàn laser lạnh sử dụng kỹ thuật laser mật độ năng lượng giảm để hạn chế lượng nhiệt đầu vào trong quá trình hàn chính xác. Giữ nhiệt độ thấp giúp giảm thiểu biến dạng bộ phận và hư hỏng luyện kim đồng thời cho phép liên kết trong các bộ phận có độ phản xạ cao và nhạy cảm với nhiệt trước đây bị hạn chế đối với hàn nhiệt hạch nóng. Mặc dù hoạt động ở quy mô vi mô, tia laser lạnh cho phép kết nối phức tạp các cặp vật liệu kỳ lạ và khác nhau, rất quan trọng cho các ứng dụng từ vệ tinh đến cấy ghép phẫu thuật.
Công ty TNHH Công nghệ Laser Tây An Guosheng là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên về R&D, sản xuất và kinh doanh máy ốp laser tự động, máy ốp laser tốc độ cao, máy dập tắt laser, máy hàn laser và thiết bị in laser 3D. Sản phẩm của chúng tôi có hiệu quả về chi phí và được bán trong và ngoài nước. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉbob@gshenglaser.com.
Người giới thiệu:
[1] Katayama, S. Sổ tay công nghệ hàn laser. Nhà xuất bản Woodhead. 2013. tr. 342.
[2] Xử lý vật liệu kỹ thuật bằng laser Ion JC: Nguyên tắc, quy trình và ứng dụng công nghiệp. Khác. 2005. p 203-204.
[3] Dawes C. Hàn laser: Hướng dẫn thực hành. Nhà xuất bản Woodhead. 1992. tr 88.
[4] Kah P, Suoranta R, Martikainen J, Magnus C. Kỹ thuật nối các vật liệu khác nhau: kim loại và polyme. Rev Adv Mater Sci. 2014;36:152-164.
[5] Kah P, Suoranta R, Martikainen J. Các kỹ thuật hàn laser tiên tiến của polyme trong suốt. Thủ tục vật lý. 2015;78:182-190.
[6] Acherjee B, Mondal B, Tudu B, Misra D. Sự tiến bộ và cải tiến gần đây trong công nghệ hàn bằng tia laze. Quang học và Laser trong Kỹ thuật. 2021; 140:106877.
[7] Roesner A, Scheik S, Olowinsky A, Gillner A, Reisgen U, Schleser M. Hàn laser polyme bằng tia laser cường độ cao. Tạp chí Kỹ thuật Nano Laser Micro. 2019;14(1):1-6.
[8] Katayama S. Hiện tượng hàn laser trong hàn lá mỏng. Tạp chí ứng dụng Laser. 2011 Ngày 1 tháng 6;23(2):022005.
[9] L tương ứngampe T, Roos E. Nghiên cứu về hàn tổng hợp hợp kim titan cho máy điều hòa nhịp tim. Tài liệu về thiết bị y tế II: thủ tục tố tụng từ Hội nghị về Tài liệu & Quy trình dành cho Thiết bị Y tế. 2004 ngày 8 tháng 11. tr. 12-6.
[10] Synowicki RA. Các vấn đề về vật liệu cho buồng chân không titan hàn trong các ứng dụng khối phổ. Cuộc họp chuyên đề lần thứ 18 về Khoa học Năng lượng Nhiệt hạch. 1999 Ngày 28 tháng 10 năm 1999
[11] Dilger K, Nussbaum C, Nusbickel W, Rodman R. Hàn laser thép điện và hậu quả công nghệ của nó đối với lõi từ AC. Giao dịch của IEEE về Từ tính. 1992 tháng 9;28(5):2260-3.
[12] D commandsingh SP, Wieduwilt TJ. Sử dụng quy trình hàn truyền laser để hàn kín các thiết bị giả để cấy ghép. Đơn xin cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ US 06/938.069. 1974 Ngày 4 tháng 12