Khi các ngành sản xuất hiện đại ngày càng đòi hỏi quá trình xử lý chính xác và sản xuất hiệu quả, công nghệ hàn laser đã nhanh chóng trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ ô tô và hàng không vũ trụ đến thiết bị y tế và điện tử, máy hàn laser đang chuyển đổi các phương pháp hàn truyền thống. Hàn laser mang lại những lợi thế độc đáo như độ chính xác cao, hiệu quả cao và vùng ảnh hưởng nhiệt tối thiểu, khiến nó trở thành lựa chọn ưa thích của nhiều ngành công nghiệp.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đi sâu vào các thành phần cốt lõi của máy hàn laser và giải thích nguyên lý hoạt động của nó, giúp bạn hiểu rõ hơn về thiết bị tiên tiến này.
1. Tổng quan về máy hàn laser
Máy hàn laser sử dụng chùm tia laser làm nguồn nhiệt để làm nóng chảy và kết dính hai bộ phận kim loại lại với nhau. So với hàn hồ quang truyền thống, hàn laser có một số ưu điểm: tốc độ hàn nhanh hơn, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn và chất lượng mối hàn cao hơn. Ngoài ra, hàn laser có thể được tự động hóa và phù hợp để hàn các bộ phận có hình dạng phức tạp và khối lượng nhỏ. Điều này cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất và độ chính xác của mối hàn.
Nguyên lý hoạt động của quy trình hàn laser là sử dụng máy phát laser để tạo ra chùm tia laser, chùm tia này được tập trung vào bề mặt của phôi thông qua hệ thống quang học. Tia laser làm nóng kim loại đến điểm nóng chảy để tạo thành một vũng nóng chảy cục bộ. Khi tia laser tiếp tục chiếu vào vũng nóng chảy, vũng nóng chảy sẽ giãn nở và kim loại sẽ nguội đi và đông cứng lại để hoàn tất quy trình hàn.
2. Các thành phần cốt lõi của máy hàn laser
2.1 Máy phát laser
Máy phát laser là “trái tim” của máy hàn laser. Chức năng chính của nó là tạo ra chùm tia laser. Máy phát laser kích thích môi trường laser để phát ra tia laser thông qua các cơ chế như dòng điện và điện áp, và chùm tia laser được truyền đến bề mặt của phôi thông qua hệ thống quang học.
Hiện nay, có ba loại máy phát laser chính: laser rắn, laser khí và laser sợi quang. Mỗi loại có nguyên lý hoạt động khác nhau, nhưng có thể tạo ra laser cường độ cao, độ sáng cao.
Laser sợi quang: Laser sợi quang là loại máy phát laser được sử dụng rộng rãi nhất. Laser sợi quang có hiệu suất chuyển đổi quang điện cao, tuổi thọ dài và khả năng thích ứng mạnh. Laser sợi quang có thể truyền chùm tia laser qua sợi quang, với tiêu điểm nhỏ hơn, lý tưởng cho hàn chính xác.
Laser CO2: Laser CO2 sử dụng khí CO2 làm môi trường laser và phát ra tia laser có bước sóng dài hơn, phù hợp để hàn một số vật liệu nhất định, nhưng có độ chính xác thấp hơn so với laser sợi quang.
Laser YAG: Laser YAG sử dụng yttrium aluminum garnet (YAG) làm môi trường laser. Chúng được biết đến với công suất laser cao và độ ổn định, khiến chúng trở nên lý tưởng để hàn kim loại.
2.2 Hệ thống quang học
Hệ thống quang học là một thành phần quan trọng chịu trách nhiệm truyền và hội tụ chùm tia laser trong máy hàn laser. Nó bao gồm các thành phần như thấu kính laser, gương và thấu kính hội tụ. Chùm tia laser do máy phát laser tạo ra được một loạt gương hướng đến thấu kính hội tụ, thấu kính này hội tụ chùm tia vào phôi.
Ống kính Laser: Chúng được sử dụng để tập trung tia laser vào một điểm rất nhỏ. Độ dài tiêu cự của thấu kính được điều chỉnh để kiểm soát đường kính của chùm tia laser, ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn.
Gương: Gương sẽ chuyển hướng chùm tia laser theo nhiều đường khác nhau, đảm bảo tia laser đến đúng khu vực cần hàn.
2.3 Hệ thống lấy nét và lấy nét
Kích thước của điểm hội tụ của chùm tia laser ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng hàn. Hệ thống hội tụ điều khiển điểm hội tụ của chùm tia laser, ảnh hưởng đến độ sâu và chiều rộng của mối hàn. Nhìn chung, đường kính hội tụ nhỏ hơn phù hợp với mối hàn chính xác, trong khi đường kính hội tụ lớn hơn phù hợp hơn với mối hàn diện tích rộng.
Kiểm soát tiêu điểm thường đạt được bằng cách điều chỉnh vị trí của thấu kính hội tụ. Kiểm soát tiêu điểm chính xác là rất quan trọng để đảm bảo độ sâu và chất lượng hàn đồng nhất.
2.4 Quét Laser Galvo
Hệ thống galvo quét laser có nhiệm vụ kiểm soát đường đi của chùm tia laser trong máy hàn laser. Sử dụng hai gương quay tốc độ cao, chùm tia laser có thể di chuyển nhanh qua phôi, cho phép hàn chính xác trên các khu vực khác nhau. Tốc độ và độ chính xác của hệ thống galvo ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và chất lượng hàn.
Hệ thống quét này thường được sử dụng khi đường hàn cần thay đổi nhanh chóng hoặc khi cần quỹ đạo hàn phức tạp. Thời gian phản hồi nhanh của hệ thống galvo làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng hàn tốc độ cao.
2.5 Đầu hàn
Đầu hàn là bộ phận tiếp xúc với vật gia công trong máy hàn laser. Nó thường bao gồm thấu kính hội tụ, thấu kính bảo vệ và hệ thống bảo vệ khí. Chức năng chính của đầu hàn là hội tụ tia laser vào bề mặt vật gia công và bảo vệ khu vực hàn bằng cách sử dụng khí bảo vệ để ngăn ngừa quá trình oxy hóa và nhiễm bẩn.
Khí bảo vệ: Khí bảo vệ (như nitơ hoặc argon) được sử dụng để bảo vệ khu vực hàn trong quá trình hàn laser. Nó ngăn ngừa tiếp xúc với không khí, giảm nguy cơ khuyết tật như độ xốp và oxy hóa. Lưu lượng và độ tinh khiết của khí bảo vệ là yếu tố cần thiết để đạt được mối hàn chất lượng cao.
Vòi phun khí: Thông qua vòi phun khí, khí bảo vệ được phân bổ đều trên khu vực hàn, đảm bảo hơn nữa chất lượng mối hàn.
2.6 Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển là “bộ não” của máy hàn laser, chịu trách nhiệm quản lý quá trình hàn. Nó bao gồm các chức năng như hệ thống CNC (Computer Numerical Control), điều khiển công suất đầu ra laser và điều chỉnh thông số hàn. Độ chính xác và tính linh hoạt của hệ thống điều khiển quyết định tính ổn định của quá trình hàn và chất lượng mối hàn cuối cùng.
Máy hàn laser hiện đại có hệ thống CNC tiên tiến để kiểm soát chính xác công suất, tốc độ và đường đi của laser. Bằng cách điều chỉnh các thông số này, có thể hàn các vật liệu và độ dày khác nhau với độ chính xác cao.
2.7 Hệ thống làm mát bằng nước
Do năng lượng đầu ra cao của laser, lượng nhiệt lớn được tạo ra trong quá trình hàn. Để duy trì hoạt động bình thường và ngăn ngừa quá nhiệt, một hệ thống làm mát hiệu quả là điều cần thiết. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn chất làm mát để hấp thụ nhiệt do thiết bị tạo ra, đảm bảo các thành phần chính như máy phát laser vẫn nằm trong phạm vi nhiệt độ hoạt động của chúng.
3. Nguyên lý hoạt động của máy hàn laser
Quá trình hàn laser có thể được chia thành một số bước chính:
3.1 Máy phát laser tạo ra chùm tia laser: Máy phát laser kích thích môi trường laser, phát ra chùm tia laser cường độ cao.
3.2 Chùm tia laser được truyền đi bởi hệ thống quang học: Chùm tia laser đi qua gương và thấu kính hội tụ, cuối cùng hội tụ vào một điểm nhỏ.
3.3 Tia laser làm nóng kim loại và tạo thành vũng nóng chảy: Khi chùm tia laser chiếu vào bề mặt kim loại, kim loại sẽ nhanh chóng nóng chảy đến nhiệt độ nóng chảy, tạo thành vũng kim loại nóng chảy.
3.4 Hồ nóng chảy nguội đi và hình thành mối hàn: Khi chùm tia laser di chuyển, vũng nóng chảy sẽ dần đông cứng, tạo thành mối hàn bền chắc.
3.5 Khí bảo vệ được áp dụng: Trong quá trình hàn, khí bảo vệ được dẫn đến vùng hàn, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và nhiễm bẩn, đảm bảo kết quả chất lượng cao.
Phần kết luận
Máy hàn laser là một công cụ quan trọng trong sản xuất hiện đại, mang lại hiệu suất và tính linh hoạt vượt trội trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Bằng cách hiểu các thành phần cốt lõi và nguyên lý hoạt động của thiết bị, bạn có thể đánh giá cao hơn các lợi ích của nó và cách nó có thể tối ưu hóa sản xuất của bạn. Nếu bạn đang cân nhắc đầu tư vào một máy hàn laser, cho dù là mẫu 1000W để bán hay từ một nhà sản xuất có uy tín, thì công nghệ tiên tiến này là một khoản đầu tư có giá trị.
Chúng tôi hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu được cách thức hoạt động của máy hàn laser. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào hoặc muốn biết thêm thông tin về sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi.