HOA KỲ – Hiện nay, có nhiều phương pháp và ứng dụng hàn khác nhau, bao gồm hàn Mig, Tig, hàn que (Stick) và hàn lõi thuốc (Flux-Cored). Trong bài viết này, các chuyên gia từ tập đoàn ESAB chia sẻ về kỹ thuật hàn laser, nguyên lý hoạt động của công nghệ này, các phân loại, ưu điểm cũng như ứng dụng của nó trong thực tế sản xuất.

Hàn laser là gì?
Hàn laser là một quy trình hàn nóng chảy, trong đó các tấm kim loại hoặc nhựa nhiệt dẻo được liên kết với nhau bằng một chùm tia laser hội tụ. Đây là một trong những công nghệ hàn tiên tiến nhất hiện nay, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ hàng không vũ trụ, thiết bị y tế cho đến chế tạo sản phẩm trang sức cao cấp.

Công nghệ hàn laser hoạt động như thế nào?
Trong quy trình hàn laser, một chùm ánh sáng có mật độ năng lượng cao sẽ được hội tụ chính xác vào vị trí tiếp giáp giữa các vật liệu cần ghép nối. Chùm tia laser mạnh mẽ này làm nóng chảy vật liệu tại các đường rãnh và liên kết chúng lại thành một mối hàn vững chắc. Nhờ sử dụng nguồn nhiệt tập trung cao độ, việc hàn laser trên các vật liệu mỏng được thực hiện với tốc độ nhanh. Đối với các vật liệu dày hơn, hàn laser có khả năng tạo ra các mối hàn sâu và hẹp.

Hai phương pháp hàn laser phổ biến

Hàn dẫn nhiệt (heat conduction welding): Trong phương pháp hàn dẫn nhiệt, chùm tia laser sẽ làm nóng bề mặt vật liệu vượt qua điểm nóng chảy của chính nó. Quy trình này thường được sử dụng để tạo ra các mối hàn không yêu cầu độ bền liên kết quá cao. Phương pháp này sử dụng nguồn laser công suất thấp (dưới 500W), mang lại các mối hàn nhẵn mịn và có tính thẩm mỹ cao.

Hàn sâu/ hàn lỗ khóa (keyhole welding): Với phương pháp hàn lỗ khóa, chùm tia laser làm nóng bề mặt vật liệu đến mức hóa hơi, giúp tia laser đâm xuyên sâu vào bên trong vật liệu. Quá trình này tạo ra một “lỗ khóa” với trạng thái tương tự như plasma, nơi nhiệt độ có thể tăng vọt trên 10.000K (tương đương khoảng 9.727 độ C). Phương pháp này yêu cầu sử dụng laser công suất cao (trên 105 W/mm2).

Ưu điểm của công nghệ hàn laser
Hàn laser rất linh hoạt và có thể kết hợp với hàn hồ quang truyền thống để tạo ra công nghệ hàn hybrid laser – hồ quang (hybrid laser arc welding). Mối hàn thành phẩm sẽ sở hữu ưu điểm của cả hai phương pháp: mối nối có độ thấu sâu cao và tăng khả năng dung sai khi lắp ráp mối nối. Các lỗi không mong muốn như rỗng khí bên trong hay nứt được giảm đáng kể.

So với các phương pháp hàn truyền thống, hàn chùm tia laser mang lại những lợi ích vượt trội sau:

Nhiệt lượng thấp hơn: Chùm laser tập trung cao độ vào một vùng diện tích nhỏ, làm cho vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ – heat-affected zone) thu hẹp lại. Do đó, quá trình hàn laser cần đầu vào nhiệt độ thấp hơn so với hàn truyền thống.

Tốc độ xử lý nhanh hơn: Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu khá cao, nhưng quy trình này hiệu quả hơn về mặt chi phí theo thời gian. Lý do bởi hàn laser có tốc độ xử lý nhanh, giúp nâng cao năng suất và rút ngắn thời gian hoàn thiện sản phẩm.

Giảm nguy cơ biến dạng nhiệt: Do lượng nhiệt đầu vào thấp nên ứng suất nhiệt tạo ra cũng ít hơn. Chùm tia hội tụ chỉ làm nóng chảy một vùng nhỏ của kim loại, từ đó giảm tối đa ứng suất nội do nhiệt và tình trạng cong vênh của phôi.

Độ chính xác cao: Chùm tia laser có thể được kiểm soát và hội tụ chính xác vào một vị trí siêu nhỏ. Điều này cho phép hàn các chi tiết với độ chính xác cao. Khả năng tùy chỉnh kích thước điểm sáng khiến hàn laser trở nên phù hợp nhất cho các kim loại mỏng hoặc các chi tiết dễ bị hư tổn.

Ứng dụng của hàn laser
Nhờ độ chính xác cao, thời gian xử lý nhanh, khả năng thích ứng với nhiều loại vật liệu và chất lượng đồng đều, hàn laser có phạm vi ứng dụng rất rộng rãi.

Một số lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng công nghệ này bao gồm:

Công nghiệp ô tô: Hàn laser hoạt động theo phương thức không tiếp xúc cơ học và không cần thay thế đầu hàn liên tục, khiến nó trở nên phù hợp cho các dây chuyền sản xuất tự động hóa trong ngành ô tô.

Kết cấu thép: Nhờ năng suất và hiệu suất sản xuất cao, công nghệ laser ngày càng được trọng dụng trong ngành xây dựng kết cấu thép. Hàn laser cho phép gia công các tấm kim loại dày với tốc độ cao trong phạm vi dung sai nghiêm ngặt.

Đóng tàu: Trong ngành đóng tàu, các hệ thống truyền động, trục chân vịt và bánh lái yêu cầu quy trình sản xuất có độ chính xác cao và dung sai lý tưởng bằng công nghệ hàn laser. Kết quả, giúp tàu thuyền tiết kiệm nhiên liệu hơn và đạt tốc độ tối ưu hơn.

Chế tạo khuôn mẫu và công cụ: Độ chính xác cao giúp hệ thống hàn laser trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc chế tạo dụng cụ. Công nghệ này cung cấp giải pháp hoàn hảo để sản xuất các khuôn ép, khuôn dập và khuôn đúc chính xác.

Tóm lại, công nghệ hàn laser sử dụng chùm tia laser như một nguồn nhiệt tập trung cao độ để liên kết các vật liệu. Chùm laser được ứng dụng sẽ làm nóng và chảy các cạnh vật liệu, tạo thành mối nối bền vững. Với những ưu điểm như độ chính xác cao, tốc độ hàn nhanh, tiết kiệm thời gian, thích ứng vật liệu rộng và chất lượng đồng nhất, hàn laser là giải pháp hàng đầu cho các mối hàn yêu cầu kỹ thuật cao hiện nay.

Để xem các tin bài khác về “Hàn laser”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Shop Metalworking Technololy