Hàn chùm tia laser so với hàn hồ quang plasma
Hàn chùm tia laze
Hàn chùm tia laser là phương pháp hàn hiệu suất cao và có độ chính xác cao sử dụng chùm tia laser có mật độ năng lượng cao làm nguồn nhiệt. Hàn có thể được thực hiện bằng chùm tia laser liên tục hoặc xung. Theo nguyên lý hàn laser, các quy trình có thể được chia thành hai loại: hàn dẫn nhiệt và hàn sâu bằng laser. Mật độ công suất dưới 104 ~ 105 W/cm2 là hàn dẫn nhiệt. Khi đó, độ sâu thâm nhập nông với tốc độ hàn chậm; khi mật độ công suất lớn hơn 105 ~ 107W/cm2, dưới tác động của nhiệt, bề mặt kim loại sẽ biến thành dạng "lỗ" để tạo thành mối hàn thâm nhập sâu.
Tính năng
Tính năng của Tốc độ hàn nhanh và Tỷ lệ khung hình lớn
Hàn chùm tia laser thường sử dụng chùm tia laser liên tục để hoàn thành kết nối vật liệu. Quá trình vật lý luyện kim rất giống với hàn chùm tia điện tử, tức là cơ chế chuyển đổi năng lượng được hoàn thành bằng cấu trúc "lỗ khóa".
Dưới sự chiếu xạ laser có mật độ công suất đủ cao, vật liệu bốc hơi và tạo thành các lỗ nhỏ. Lỗ nhỏ này chứa đầy hơi nước giống như một vật đen, hấp thụ hầu hết năng lượng của chùm tia tới. Nhiệt độ cân bằng trong khoang là khoảng 2500C. Nhiệt được truyền từ thành ngoài của khoang nhiệt độ cao, làm tan chảy kim loại xung quanh khoang. Các lỗ nhỏ được lấp đầy bằng hơi nước nhiệt độ cao được tạo ra bởi sự bốc hơi liên tục của vật liệu thành dưới chùm ánh sáng.
4 bức tường của các lỗ nhỏ bao quanh kim loại nóng chảy và kim loại lỏng bao quanh vật liệu rắn. (Trong hầu hết các quy trình hàn thông thường và hàn dẫn laser, năng lượng là 1 (Lắng đọng trên bề mặt của phôi, sau đó được vận chuyển vào bên trong bằng cách truyền). Dòng chất lỏng bên ngoài thành lỗ và sức căng bề mặt của lớp thành phù hợp với áp suất hơi liên tục được tạo ra trong khoang lỗ và duy trì cân bằng động. Chùm sáng liên tục đi vào lỗ nhỏ và vật liệu bên ngoài lỗ nhỏ liên tục chảy. Khi chùm sáng di chuyển, lỗ nhỏ luôn ở trạng thái chảy ổn định.
Tức là lỗ nhỏ và kim loại nóng chảy bao quanh lỗ sẽ di chuyển về phía trước với tốc độ tiến của chùm tia dẫn. Kim loại nóng chảy lấp đầy khoảng trống do lỗ nhỏ để lại và sau đó ngưng tụ, và mối hàn được hình thành. Tất cả các quá trình trên diễn ra rất nhanh đến mức tốc độ hàn có thể dễ dàng đạt tới vài mét mỗi phút.
1. Hàn chùm tia laser là phương pháp hàn nóng chảy, sử dụng chùm tia laser làm nguồn năng lượng và tác động vào mối hàn.
2. Chùm tia laser có thể được dẫn hướng bởi một thành phần quang học phẳng (như gương), sau đó chùm tia được chiếu vào mối hàn bằng một thành phần hội tụ phản xạ hoặc thấu kính.
3. Hàn chùm tia laser là hàn không tiếp xúc. Không cần áp suất trong quá trình vận hành, nhưng cần khí trơ để ngăn chặn quá trình oxy hóa của hồ nóng chảy. Thỉnh thoảng sử dụng kim loại phụ.
4. Hàn chùm tia laser có thể kết hợp với hàn MIG để tạo thành mối hàn composite MIG laser để đạt được độ ngấu lớn, trong khi lượng nhiệt đầu vào giảm đáng kể so với hàn MIG.
Ứng dụng
Máy hàn laser được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất có độ chính xác cao như ô tô, tàu thủy, máy bay và đường sắt cao tốc. Nó cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống của con người và cũng thúc đẩy ngành công nghiệp thiết bị gia dụng vào kỹ thuật chính xác.
Hàn hồ quang Plasma
Hàn hồ quang plasma là phương pháp hàn nóng chảy sử dụng chùm tia hồ quang plasma có mật độ năng lượng cao làm nguồn nhiệt hàn. Trong quá trình hàn, khí ion (tạo thành hồ quang ion) và khí bảo vệ (để bảo vệ vũng hàn nóng chảy và mối hàn khỏi tác hại của không khí) là argon nguyên chất. Điện cực được sử dụng trong hàn hồ quang plasma thường là điện cực vonfram và đôi khi cần phải được nạp kim loại (dây hàn). Nói chung, phương pháp kết nối DC dương được áp dụng (thanh vonfram được kết nối với điện cực âm). Do đó, hàn hồ quang plasma về cơ bản là hàn được bảo vệ bằng khí vonfram với hiệu ứng nén.
Hàn hồ quang plasma có đặc điểm là tập trung năng lượng, năng suất cao, tốc độ hàn nhanh, biến dạng ứng suất nhỏ, cách điện ổn định, thích hợp để hàn các tấm mỏng và vật liệu hộp. Đặc biệt thích hợp cho các vật liệu kim loại chịu lửa, dễ bị oxy hóa và nhạy nhiệt (như vonfram, molypden, đồng, niken, titan, v.v.).
Khí được phân ly bằng cách gia nhiệt hồ quang và bị nén khi đi qua vòi phun làm mát bằng nước ở tốc độ cao, làm tăng mật độ năng lượng và mức độ phân ly, tạo thành hồ quang plasma. Độ ổn định, giá trị nhiệt lượng và nhiệt độ của nó cao hơn hồ quang thông thường, do đó nó có độ thâm nhập và tốc độ hàn lớn hơn. Khí tạo thành hồ quang plasma và khí bảo vệ xung quanh nó thường sử dụng argon nguyên chất. Tùy thuộc vào tính chất vật liệu của các phôi khác nhau, một số sử dụng heli, nitơ, argon hoặc hỗn hợp cả hai.
Tính năng
1. Hàn hồ quang plasma chùm tia siêu nhỏ có thể hàn lá kim loại và tấm mỏng.
2. Với hiệu ứng lỗ nhỏ, có thể thực hiện tốt hơn việc hàn một mặt và tạo hình tự do hai mặt.
3. Hồ quang plasma có mật độ năng lượng cao, nhiệt độ cột hồ quang cao và khả năng xuyên thấu mạnh. Nó có thể đạt tới 10-12mm thép dày không hàn vát. Có thể hàn bằng phương pháp tạo hình hai mặt cùng một lúc. Tốc độ hàn nhanh, năng suất cao, biến dạng ứng suất nhỏ.
4. Thiết bị tương đối phức tạp, lượng khí tiêu thụ lớn, nhóm có yêu cầu nghiêm ngặt về khoảng hở và độ sạch của phôi, chỉ phù hợp với hàn trong nhà.
Ứng dụng
Hàn plasma là một trong những phương tiện quan trọng trong sản xuất công nghiệp, đặc biệt là để hàn đồng và hợp kim đồng, titan và hợp kim titan, thép hợp kim, thép không gỉ, molypden và các kim loại hàng không vũ trụ khác, được sử dụng trong quân sự và các ngành công nghiệp tiên tiến khác, chẳng hạn như sản xuất một loại vỏ tên lửa nhất định làm bằng hợp kim titan và các thùng chứa có thành mỏng một phần trên máy bay.
Chi phí, Bảo trì và Hiệu quả hoạt động
Một số yếu tố liên quan đến việc so sánh lựa chọn công nghệ giữa hàn chùm tia laser và hàn hồ quang plasma cho các ứng dụng công nghiệp bao gồm chi phí, bảo trì và hiệu quả vận hành.
Phân tích chi phí
Hàn chùm tia laser đòi hỏi đầu tư ban đầu cao vì thiết bị phức tạp hơn so với hàn hồ quang plasma. Giá trị của hệ thống hàn laser công nghiệp nói chung thường dao động từ $200,000, trong khi hệ thống hàn hồ quang plasma có chi phí ở đâu đó trong khoảng $10,000 để $50,000. Tuy nhiên, LBW có tiềm năng tiết kiệm chi phí đáng kể trong dài hạn nhờ tốc độ xử lý tăng lên cũng như yêu cầu hoàn thiện sau khi hàn tối thiểu. Hàn plasma có thể có chi phí vật tư tiêu hao cao hơn để tiếp tục hoạt động.
Yêu cầu bảo trì
Vì các bộ phận tiêu hao, chẳng hạn như điện cực và vòi phun khí, bị mòn thường xuyên hơn, nên hệ thống hàn hồ quang plasma thường đòi hỏi phải bảo trì thường xuyên hơn. Ngược lại, hệ thống hàn laser đòi hỏi ít vật tư tiêu hao hơn, nhưng quang học và nguồn laser của chúng cần được vệ sinh và hiệu chuẩn lại thường xuyên. Khi được bảo trì đúng cách, nguồn laser có thể hoạt động trong hơn 20,000 giờ với thời gian ngừng hoạt động ít hơn. Hệ thống plasma, mặc dù đơn giản hơn, có thể bị gián đoạn thường xuyên hơn do vật tư tiêu hao bị mòn.
Hiệu quả hoạt động
Kỹ thuật hàn laser nhanh hơn và chính xác hơn nhiều, đạt tốc độ lên tới 10 mét/phút trên vật liệu mỏng, do đó rất lý tưởng cho sản xuất hàng loạt. Nó cũng tạo ra các vùng chịu ảnh hưởng nhiệt rất nhỏ, do đó làm giảm tối thiểu biến dạng vật liệu, do đó cải thiện chất lượng sản phẩm. Hàn plasma có hiệu quả trên vật liệu dày hơn, mặc dù ở tốc độ chậm hơn, thường cần thêm các bước hoàn thiện để làm sạch mối hàn, chẳng hạn như mài.
Trong khi hàn chùm tia laser đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu cao hơn, hiệu quả của nó và nhu cầu bảo trì ít thường xuyên hơn thường mang lại lợi ích về chi phí trong thời gian dài, đặc biệt là đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao. Hàn hồ quang plasma vẫn tốt cho công việc ít phức tạp hơn và các hoạt động nhỏ hơn.
