Hàn lắng đọng laser là một quá trình phức tạp đòi hỏi phải chuẩn bị nhiều trước khi bật laser.
Dưới đây là một số bước chính liên quan đến quá trình này.
Bước 1 – Chuẩn bị bề mặt
Phôi và thỏi kim loại có lớp phủ bề mặt bảo vệ. Những lớp phủ này thường là dầu dùng để chống gỉ, mạ kim loại hoặc oxit (trong trường hợp nhôm).
Bạn cần loại bỏ các hợp chất và tạp chất không mong muốn khỏi kim loại và làm nhám bề mặt - bề mặt cứng hơn sẽ giúp kim loại bám dính tốt hơn trong quá trình hàn. Các vết lồi lõm và hốc nhỏ trên bề mặt cung cấp các điểm neo tuyệt vời để kim loại phụ nóng chảy bám vào.
Bước 2 – Giao kim loại phụ
Kim loại phụ, thường là bột kim loại mịn, chảy ra từ vòi phun khí có khí trơ (nitơ hoặc argon). Khí trơ ngăn chặn quá trình oxy hóa, thổi bay các tạp chất không mong muốn trên bề mặt và giữ cho mối hàn sạch và không có xỉ.
Làm bột kim loại mịn và đồng đều là một quá trình tốn kém. Việc tạo ra bột kim loại thường đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn so với việc hàn lắng đọng bằng laser.
Vì vậy, nhiều máy lắng đọng laser sử dụng dây kim loại mỏng để thay thế. Dây có thể được cấp bằng tay hoặc tự động thông qua hệ thống động cơ và con lăn gần đầu laser.
Cần lưu ý rằng khi hàn, kim loại phụ có thể giống với phôi, trong khi lớp phủ bề mặt có thể khác nhau.
Bước 3 – Gia nhiệt bằng laser cục bộ
Hệ thống CNC chính xác hướng chùm tia laser công suất cao đến vị trí mong muốn. Tia laser làm nóng chảy bề mặt phôi và kim loại phụ sắp tới trong vòng chưa đầy một giây.
Chùm tia laser đưa một lượng năng lượng cố định vào phôi và vùng tích tụ năng lượng được kiểm soát bởi công suất của nguồn laser và đường kính điểm. Đường kính điểm laser là kích thước của điểm tiếp xúc giữa tia laser và phôi.
Kích thước điểm lớn hơn có nghĩa là năng lượng được trải rộng hơn và mất nhiều thời gian hơn để làm tan chảy bề mặt. Đường kính điểm nhỏ hơn có nghĩa là toàn bộ năng lượng laser tập trung vào một điểm nhỏ, giảm thời gian nóng chảy.
Kích thước điểm nhỏ hơn có nghĩa là độ chính xác cao hơn và thời gian hàn nhanh hơn. Nó còn giảm thiểu sự biến dạng của vật liệu vì nhiệt được tập trung tại một điểm và không có nhiệt dư thừa tỏa ra môi trường xung quanh.
Bước 4 – Phân lớp và nhiều đường chuyền
Sự lắng đọng kim loại bằng laser (LMD) không chỉ giới hạn ở hàn, nó còn thường được sử dụng để tạo ra các bộ phận từ đầu. Sau lần chiếu tia laser đầu tiên, đầu laser đi qua một vòng khác và đặt một lớp vật liệu mới lên trên lớp đầu tiên. Lặp lại quá trình này cho đến khi bạn đạt được chiều cao mong muốn.
Đối với sản xuất bồi đắp, các lớp tiếp tục được tạo ra cho đến khi bộ phận hoàn chỉnh được tạo ra. Ngược lại, hàn chỉ cần một hoặc hai lớp.
Độ dày lớp và số lớp giúp kiểm soát lượng kim loại lắng đọng.
Bước 5 – Làm mát và đông đặc
Do nhiệt được định vị nên vùng hàn cũng nguội đi tương đối nhanh, gần như ngay lập tức sau khi tia laser rời khỏi vị trí.
Quá trình LMD bao gồm việc truyền năng lượng trực tiếp vào một điểm nhỏ trên phôi. Điểm tiếp xúc nhỏ hơn có nghĩa là năng lượng được sử dụng hiệu quả hơn, do đó tia laser có thể di chuyển nhanh hơn.
Tia laser nhanh hơn có nghĩa là tổng năng lượng và nhiệt truyền vào phôi ít hơn. Ít nhiệt lắng đọng có nghĩa là làm mát nhanh hơn. Làm mát nhanh mang lại tác dụng phụ bổ sung là cấu trúc vi mô tốt hơn.
7 ưu điểm của hàn lắng đọng bằng laser
Lắng đọng kim loại bằng laser (LMD) là sự tích lũy của nhiều năm nghiên cứu về công nghệ sản xuất bồi đắp. Mọi khía cạnh của quá trình lắng đọng kim loại bằng laser đều được thiết kế với một mục tiêu duy nhất - cải tiến các quy trình truyền thống.
Dưới đây là một số lợi ích lớn nhất mà hàn lắng đọng bằng laser mang lại cho các quy trình sản xuất hiện đại.
1. Thời gian hàn nhanh hơn
Tia laser công suất cao làm tan chảy phôi một cách nhanh chóng và bộ điều khiển CNC nhanh chóng di chuyển đầu laser từ điểm này sang điểm khác, dẫn đến thời gian hàn cực kỳ nhanh.
Nạp bàn tự động cho phép hàn liên tục mà không có bất kỳ điểm dừng nào trong quá trình hàn. Việc hàn được điều khiển bằng máy tính cũng giảm thiểu sai sót, tiết kiệm nhiều thời gian hơn trên sàn sản xuất.
Quản lý và tối ưu hóa các thông số lắng đọng kim loại bằng laser trong quy trình khác nhau giúp cải thiện hiệu quả hàn và giảm thời gian sản xuất.
2. Độ chính xác và khả năng kiểm soát cao hơn
Hầu hết mọi máy lắng đọng kim loại bằng laser đều được tự động hóa và điều khiển bằng máy tính, ngoại trừ một số mẫu máy cầm tay. Độ chính xác và khả năng kiểm soát cao cho phép thực hiện các mối hàn phức tạp hơn với tốc độ nhanh hơn.
Rất ít thợ hàn có kinh nghiệm có thể sánh được với độ chính xác và độ chính xác của máy hàn laser tự động.
3. Mối hàn chất lượng cao hơn
Các hạt bột mịn của vật liệu trám lấp đầy các khoảng trống hiệu quả hơn, mang lại mối hàn chắc chắn hơn. Vì mọi thứ đều được đo lường trước và kiểm soát bằng máy tính nên lượng kim loại lắng đọng chính xác là lượng cần thiết, nghĩa là bể nóng chảy vẫn ổn định trong suốt quá trình.
Ngoài ra, các tia phun bên trong được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành xỉ và quá trình oxy hóa kim loại cũng như thổi bay các mảnh kim loại nhỏ bị bay hơi.
4. Không biến dạng nguồn nhiệt
Các quy trình hàn truyền thống tạo ra một lượng lớn nhiệt không mong muốn cho vật liệu cơ bản. Một lượng nhiệt nhỏ được truyền tới mối hàn, phần còn lại thấm vào môi trường xung quanh khiến kim loại bị biến dạng (cong vênh).
Lắng đọng kim loại bằng laser là một quá trình cực kỳ chính xác, trong đó chùm tia laser chỉ làm nóng chảy một phần nhỏ phôi và không làm gì hơn. Quá trình này hiệu quả đến mức nó thường được sử dụng cho các mối hàn toàn bề mặt vì không cần phải lo lắng về sự biến dạng của vật liệu.
Hàn bề mặt là quá trình phủ một vật liệu này bằng vật liệu (hoặc vật liệu) khác để cải thiện độ hoàn thiện bề mặt và khả năng chống mài mòn.
5. Khả năng tương thích vật liệu rộng hơn
Việc hàn trở nên khó khăn hơn khi bạn chuyển sang các vật liệu hiếm hơn và chất lượng cao hơn. Quy trình truyền thống phù hợp với các vật liệu thông thường như sắt, đồng, thép không gỉ và thậm chí cả hợp kim nhôm. Nhưng có những trường hợp đặc biệt cần giải quyết liên quan đến kim loại cứng như vonfram, kim loại dễ bay hơi như magie và kim loại mềm như vàng.
Sự lắng đọng kim loại bằng laser hỗ trợ nhiều loại kim loại, hợp kim và thậm chí một số đồ gốm. Sử dụng LMD bạn có thể hàn các vật liệu sau.
Hợp kim niken
cacbua vonfram
hợp kim magiê
gang
Hợp kim nhôm
Hợp kim gốc coban
Hợp kim titan
đồng
Thép
vân vân.
6. Giảm lãng phí nguyên liệu
Hàn laser giảm thiểu lãng phí vật liệu. Bột kim loại được đưa vào phôi với tốc độ nạp được kiểm soát để tránh lắng đọng quá mức/thiếu. Không giống như hàn truyền thống sử dụng que hàn, hàn lắng đọng laser sử dụng dây và hạt bột liên tục.
Chỉ sử dụng lượng chất độn cần thiết và dành phần còn lại cho mối hàn tiếp theo.
7. Giảm công việc xử lý hậu kỳ
Vì quá trình lắng đọng kim loại bằng laser tạo ra các mối hàn sạch hơn nên thông thường, bạn thậm chí không cần thực hiện bất kỳ quá trình xử lý hậu kỳ nào. Không cần phải chải phôi, mài đi các vũng nước thừa hoặc làm thẳng các biến dạng trong quá trình hàn.
Giảm việc xử lý hậu kỳ có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian trên sàn sản xuất và tăng năng suất đáng kể.