Hàn Laser Fiber có sử dụng khí không? Vai trò của khí trong hàn laser ?

Hàn Laser Fiber có sử dụng khí không? Vai trò của khí trong hàn laser ?

Sử dụng khí trong quá trình hàn Laser Fiber dựa trên nguyên lý rất khác biệt với quá trình cắt Laser Fiber. Quá trình cắt khí được sử dụng để thổi bay các sỉ và vật liệu khi bị nóng chảy ra, tạo thành đường cắt trong khi quá trình hàn sử dụng khí với mục đích chính là bảo vệ và che chắn mối hàn.  Vậy khí có vai trò cụ thể ra sao và người ta thường sử dụng khí gì để hàn Laser Fiber ?

Trong quá trình hàn laser, người ta thường sử dụng các loại khí trơ như Argon, Heli để bảo vệ vũng nóng chảy của vật liệu hàn khỏi tác động của không khí và môi trường xung quanh. Đôi khi Nito và CO2 hay hổn hợp một số loại khí cũng được sử dụng để bảo vệ phôi không bị oxy hóa trong quá trình hàn. Do đó khí dùng trong hàn laser thường được gọi là khí che phủ, khí bảo vệ, đôi khi còn được gọi là khí khiên.

Vai trò của khí bảo vệ trong hàn laser

Đối với hàn laser, khí bảo vệ sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành của mối hàn, chất lượng mối hàn, độ sâu mối hàn và chiều rộng mối hàn…. Tuy nhiên trong trường hợp sử dụng khí không đúng cách hoặc không đúng loại khí cũng có thể gây ra những tác dụng phụ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm hàn.

Tác dụng chủ yếu của khí bảo vệ được biết đến như sau:

• Dùng khí bảo vệ đúng cách giúp tránh được quá trình oxy hóa trong quá trình hàn laser.
• Sử dụng khí bảo vệ thúc đẩy sự lan rộng và đồng đều của mối hàn trong quá trình hóa rắn, để mối hàn đồng đều và đẹp hơn.
• Việc sử dụng khí đúng cách làm giảm hơi kim loại (hiệu ứng che chắn đám mây Plasma) trên tia laser để năng lượng tia laser không bị phân tán và chạm tới bề mặt phôi, tăng hiệu quả sử dụng của hàn Laser. Việc này đồng thời cũng bảo vệ thấu kính hối tụ của mỏ hàn tránh khỏi ô nhiễm hơi kim loại và các giọt kim loại lỏng. Đối với quá trình hàn laser công suất cao, sự phóng ra của các hơi kim loại và kim loại lỏng rất lớn, nên việc sử dụng khí để bảo vệ có vai trò rất quan trọng giúp bảo vệ thiết bị máy được bền và sử dụng hiệu quả lâu dài.
• Sử dụng khí bảo vệ giúp làm giảm rất nhiều độ xốp của mối hàn.

Các loại khí bảo vệ sử dụng trong hàn Laser Fiber

Các khí phổ biến được sử dụng để hàn Laser Fiber là Heli, Nito và Argon. Đôi khi người ta cũng dùng CO2 và hỗ hợp các khí trơ trên để hàn.

- Helium (He): Helium có năng lượng ion hóa rất cao nên hầu như không bị ion hóa dưới tác động của tia laser đồng thời Helium cũng kiểm soát rất tốt sự hình thành của đám mây Plasma giúp cho tia laser hoạt động tốt ở kim loại, tác động nhanh hơn đến việc hàn. Thêm vào đó, hoạt động của Helium rất thấp, nó không phản ứng hóa học với kim loại nên được đánh giá là một loại khí bảo vệ mối hàn tốt nhất. Tuy nhiên chi phí giá thành của Helium quá cao để có thể sản xuất hàng loạt, do đó ít được ứng dụng phổ biến. Thông thường Helium chỉ được sử dụng trong nghiên cứu khoa học hoặc sản xuất một số sản phẩm có giá trị rất cao.

Khí heli giá thành cao thường sử dụng trong phòng thí nghiệm

- Argon (Ar): Argon hoạt động thấp và rất khó phản ứng với các kim loại thông thường, mật độ của Argon lại lớn, có lợi cho việc hình thành mối hàn và có thể bảo vệ tốt bề mặt mối hàn đồng thời giá thành phù hợp và rẻ nhất nên thường được sự dụng để hàn Laser Fiber trong công nghiệp. Bề mặt vật liệu đươc hàn laser bằng Argon có độ nhẵn cao hơn so với bề mặt vật liệu được hàn heli. Tuy nhiên năng lượng ion hóa của Argon tương đối thấp và mức độ Ion hó cao dưới tác động của tia laser, dẫn đến dễ hình thành các đám mây plasma làm che chắn một phần tia laser, ảnh hưởng đến hiệu suất của chùm laser, giảm hiệu suất hàn.

Khí Argon được sử dụng phổ biến khi Hàn Laser Fiber

- Nito (N2) Ni tơ là loại khí rẻ nhất so với 2 khí trên. Nito có mức ion hóa trung bình, cao hơn Ar, thấp hơn so với He nên có thể làm giảm sự hình thành của đám mây plasma khá tốt, do đó làm tăng hiệu quả sử dụng laser. Nitơ có thể phản ứng với hợp kim nhôm và thép carbon ở nhiệt độ nhất định để tạo ra nitrua, điều này sẽ cải thiện độ giòn của mối hàn và giảm độ dẻo dai, và có ảnh hưởng xấu đến tính chất cơ học của mối hàn. Do đó, không nên sử dụng nitơ để bảo vệ mối hàn của hợp kim nhôm và thép carbon. Tuy nhiên Nitride được tạo ra bởi phản ứng hóa học giữa nitơ và thép không gỉ có thể cải thiện độ bền của mối hàn và cải thiện tính chất cơ học của mối hàn. Do đó, nitơ có thể được sử dụng làm khí bảo vệ khi hàn thép không gỉ.

Bình khí Nito N2