01
Lời nói đầu
Do mật độ năng lượng cao, nhiệt đầu vào thấp và tính chất không{0} tiếp xúc, công nghệ hàn laze đã nổi lên như một trong những quy trình cốt lõi trong sản xuất chính xác hiện đại. Tuy nhiên, các vấn đề như quá trình oxy hóa, độ xốp và hiện tượng cháy nguyên tố--do sự tiếp xúc giữa bể hàn và không khí trong quá trình hàn-hạn chế nghiêm trọng các tính chất cơ học và tuổi thọ của đường nối hàn. Là phương tiện quan trọng để kiểm soát môi trường hàn, việc lựa chọn loại khí bảo vệ, tốc độ dòng chảy và phương pháp phân phối phải được kết hợp cẩn thận với các đặc tính vật liệu cụ thể (chẳng hạn như khả năng phản ứng hóa học và độ dẫn nhiệt) và độ dày của phôi.
Xử lý chùm tia laser & điện tử
02
Các loại khí bảo vệ
Chức năng chính của khí bảo vệ là tách oxy, điều chỉnh hoạt động của bể hàn và nâng cao hiệu quả ghép năng lượng. Dựa trên đặc tính hóa học của chúng, khí bảo vệ có thể được phân loại rộng rãi thành khí trơ (như argon và helium) và khí hoạt động (như nitơ và carbon dioxide). Khí trơ có tính ổn định hóa học cao, ngăn chặn hiệu quả quá trình oxy hóa vũng hàn; tuy nhiên, sự khác biệt đáng kể về tính chất vật lý nhiệt của chúng có thể ảnh hưởng sâu sắc đến kết quả hàn. Ví dụ, argon (Ar) có mật độ cao (1,784 kg/m³), cho phép nó tạo thành một tấm chăn bảo vệ ổn định trên vũng hàn; ngược lại, độ dẫn nhiệt thấp (0,0177 W/m·K) dẫn đến việc làm mát bể hàn chậm hơn và độ sâu thâm nhập nông hơn. Ngược lại, helium (He) thể hiện độ dẫn nhiệt gấp khoảng 8 lần so với argon (0,1513 W/m·K), do đó tăng tốc độ làm mát bể hàn và tăng độ sâu thâm nhập; tuy nhiên, mật độ thấp (0,1785 kg/m³) khiến nó có xu hướng phân tán nhanh, đòi hỏi tốc độ dòng chảy cao hơn để duy trì khả năng che chắn hiệu quả. Trong một số ứng dụng nhất định, các khí hoạt tính-chẳng hạn như nitơ (N₂){10}}có thể tăng cường độ bền của đường hàn thông qua việc tăng cường{11}}dung dịch rắn; tuy nhiên, việc sử dụng quá mức chúng có thể dẫn đến độ xốp hoặc sự kết tủa của các pha giòn. Ví dụ: khi hàn thép không gỉ song công, sự hòa tan của nitơ vào bể hàn có thể phá vỡ sự cân bằng pha ferit{13}}austenit, dẫn đến giảm khả năng chống ăn mòn.
Từ góc độ cơ chế xử lý, năng lượng ion hóa cao của helium (24,6 eV) ngăn chặn hiệu ứng che chắn plasma và tăng cường hấp thụ năng lượng laser, từ đó tăng độ sâu thâm nhập. Ngược lại, năng lượng ion hóa thấp của argon (15,8 eV) có xu hướng tạo ra chùm plasma, đòi hỏi phải sử dụng các kỹ thuật như làm mờ tiêu điểm hoặc điều chế xung để giảm thiểu nhiễu. Hơn nữa, các phản ứng hóa học giữa khí bảo vệ hoạt tính và bể nóng chảy-chẳng hạn như sự hình thành nitrua thông qua phản ứng của nitơ với crom trong thép-có thể làm thay đổi thành phần mối hàn; do đó, việc lựa chọn khí bảo vệ phải được thực hiện một cách thận trọng, có tính đến các đặc tính cụ thể của vật liệu.
**Ví dụ về ứng dụng vật liệu:**
• **Thép:** Trong hàn tấm mỏng (<3 mm), argon ensures a high-quality surface finish; for instance, the oxide layer thickness on a weld in 1.5 mm low-carbon steel is merely 0.5 μm. For thick plates (>Tuy nhiên, cần thêm một lượng nhỏ khí heli (He) 10 mm để tăng độ sâu thâm nhập.
• **Thép không gỉ:** Tấm chắn argon ngăn chặn sự suy giảm hàm lượng crom (Cr); khi hàn trên thép không gỉ 304 dày 3 mm, hàm lượng Cr đạt 18,2% (gần bằng 18,5% của kim loại cơ bản). Mặt khác, thép không gỉ song yêu cầu hỗn hợp Ar-N₂ (với N₂ Nhỏ hơn hoặc bằng 5%) để duy trì tỷ lệ pha cân bằng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng khi hàn thép không gỉ song công 2205 dày 8 mm bằng hỗn hợp Ar{11}}2%N₂, tỷ lệ pha ferrite-to{16}}austenite ổn định ở mức 48:52, mang lại độ bền kéo là 780 MPa, cao hơn so với độ bền đạt được khi sử dụng màn chắn argon nguyên chất (720 MPa).
• **Hợp kim nhôm:** *Tấm mỏng (<3 mm):* The high reflectivity of aluminum alloys results in low energy absorption; helium, with its high ionization energy (24.6 eV), helps stabilize the plasma. Research shows that when welding 2 mm thick 6061 aluminum alloy under helium shielding, the penetration depth reaches 1.8 mm-a 25% increase compared to argon shielding-while porosity remains below 1%. *Thick Plates (>5 mm):* Hàn tấm nhôm dày đòi hỏi năng lượng đầu vào cao; hỗn hợp heli-argon (He:Ar=3:1) mang lại sự cân bằng giữa việc đạt được đủ độ sâu thâm nhập và quản lý chi phí. Ví dụ: khi hàn các tấm 5083 dày 8 mm, việc che chắn bằng hỗn hợp này mang lại độ sâu xuyên thấu là 6,2 mm-cải thiện 35% so với argon nguyên chất{10}}đồng thời giảm 20% chi phí hàn.
