Thiết lập cho hàn Laser (Với sơ đồ)
Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về thiết lập để hàn laser với sự trợ giúp của sơ đồ.
Từ LASER là viết tắt của 'Khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ kích thích'. Trong hàn laser, một chùm ánh sáng kết hợp tập trung chiếu vào điểm mong muốn để làm nóng chảy và hàn kim loại. Một ánh sáng kết hợp là một trong đó các sóng giống hệt nhau và song song và có thể truyền đi một quãng đường dài mà không bị mất cường độ hoặc độ lệch. Ánh sáng laser không chỉ cường độ cao mà còn có thể dễ dàng tập trung mà không làm giảm cường độ. Laser đã được giới thiệu cho ngành công nghiệp trong những năm 1950.
Hành động laser dựa trên thực tế là khi nguyên tử hấp thụ một photon (ánh sáng bao gồm các hạt năng lượng gọi là photon), nó thu được năng lượng và đi đến mức năng lượng cao. Trạng thái kích thích này của nguyên tử là ngắn ngủi và nó rơi xuống một mức độ trung gian của trạng thái siêu bền. Trong lần rơi trở lại này, nguyên tử mất năng lượng nhiệt nhưng vẫn giữ lại năng lượng photon.
Một lát sau, nguyên tử rơi tự nhiên xuống mức ban đầu hoặc mặt đất giải phóng năng lượng photon của nó dưới dạng ánh sáng. Hiện tượng phát xạ ảnh như vậy được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong hình 2.44. Phát xạ laser thu được khi mức trên đủ dân cư với chi phí của cấp thấp hơn. Một tình huống như vậy được gọi là đảo ngược dân số và phương pháp để có được nó được gọi là bơm.
Các phần tử phát quang có thể là chất rắn, lỏng, khí hoặc bán dẫn. Một số vật liệu phát rắn bao gồm ruby, garnet erbium, garnet nhôm yttri pha tạp neodymium hoặc YAG. Laser rắn có hiệu suất rất thấp, thường dưới 1%.
Các vật liệu phát laser lỏng, như oxit neodymium, hiệu quả hơn so với laser rắn trong công suất xung của chúng.
Các loại khí được sử dụng để phát quang bao gồm hydro, heli, nitơ, argon và carbon dioxide. Laser khí có công suất cao nhất và có thể được sử dụng như laser chùm liên tục với hiệu suất cao tới 25%.
Vật liệu phát quang ở trạng thái rắn bao gồm các tinh thể bán dẫn đơn lẻ như gallium và indium arsenide, hợp kim của cadmium, selen và lưu huỳnh. Laser bán dẫn có trọng lượng nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp và có hiệu suất rất cao lên tới 70%.
Đối với mục đích công nghiệp, vật liệu phát quang thường được sử dụng là ruby. Ruby là oxit nhôm với các nguyên tử crom ở mức 0-05% trong đó. Một dạng laser thực tế có thể bao gồm một thanh ruby có đường kính 10 mm và dài 100 mm với mặt đất chính xác và được đánh bóng một trong số đó là 100% và phản xạ 98% còn lại.
Điều này đạt được bằng cách mạ bạc cho phù hợp. Các ion crom với tinh thể ruby phát ra bức xạ kích thích và khi cường độ bức xạ tích tụ bằng cách phóng đi lặp lại, tia laser của ánh sáng đơn sắc đi qua đầu ruby ít phản xạ được tập trung qua thấu kính đến nơi cần hàn. Hình 2.45 cho thấy sự sắp xếp của laser ruby. Hiệu quả của laser ruby rất thấp ở mức 01%. Inspite của laser ruby được sử dụng rộng rãi như một công cụ hàn.
Thời lượng của một xung laser là ngắn, là 10-9 giây. Điều này đạt được bằng cách xả một loạt tụ điện qua ống flash Xenon. Các đèn flash được cung cấp năng lượng với phí 18 kv. Do đó, chùm tia laser thu được trong các xung. Có thể có một số lượng lớn các tụ điện để làm cho đèn xenon nhấp nháy liên tục nhưng thanh ruby và hệ thống phản xạ bị nung nóng đến mức không thể giữ chúng trong giới hạn hoạt động.
Ngay cả với việc làm mát hiệu quả nhất, xung hơn 100 mỗi phút vẫn khó có được. Tần số lặp lại xung (PRF) cho laser ruby thường là khoảng 10 Hay15. Do đó, phần lớn năng lượng bơm bị lãng phí dưới dạng nhiệt. Tuy nhiên, kiểm tra sản lượng năng lượng thấp có thể sử dụng nó để hàn vì thu được năng lượng rất cao theo thứ tự 10 9 W / mm 2 .
Một đèn hồ quang xenon là một bóng đèn được chế tạo từ một thạch anh trong suốt quang học với hai điện cực vonfram được bao bọc trong nó. Ở vị trí tắt, áp suất xenon trong đèn là 10 khí quyển. Nguồn cho đèn xenon được cung cấp từ nguồn dc với điện áp không tải tối thiểu 70 volt và đặc tính volt-ampere rủ xuống. Đèn hồ quang xenon có thể được vận hành liên tục trong hàng trăm giờ.
Loại laser hữu ích nhất để hàn là laser CO 2 trong đó môi trường phát quang là hỗn hợp CO 2, nitơ và heli theo tỷ lệ 1: 1: 10 ở áp suất 20 đến 50 torr (mm thủy ngân) với phóng điện lên đến 30.000 volt. Một laser CO 2 có thể hoạt động liên tục với công suất lên tới 20 kw. Chùm tia laser bao gồm bức xạ hồng ngoại có độ dài sóng 1, 06, ví dụ 106, 00A ° (1 Angstrom, A ° = 10 -10 m).
Một laser CO 2 bao gồm một ống thủy tinh trong đó hỗn hợp khí phát ra. Có một điện cực ở hai đầu giữa hai lần phóng điện áp cao được thiết lập. Giống như một tia laser rắn, có một gương phản xạ ở mỗi đầu của một trong số đó là một phản xạ một phần. Không gian giữa hai gương phản xạ được gọi là khoang laser. Các chùm tia laser phát ra qua bề mặt bán phản xạ được tập trung vào vị trí mong muốn như trong hình 2.46.
Hàn chùm tia laser linh hoạt hơn chùm tia EBW ở chỗ nó có thể hàn các kim loại trong không khí, trong tấm chắn khí và trong chân không. Nó cũng có thể hàn qua các vật liệu trong suốt vì tia laser không bị cản trở bởi chúng. Hiện tại tia laser đã được sử dụng thành công cho các tấm hàn có độ dày lên đến 10 mm.
Về mặt thương mại, hàn laser đang được sử dụng trong kỹ thuật vô tuyến và điện tử, nơi các dây dẫn tốt thường được kết nối với các bộ phim trên bảng vi mạch, mạch trạng thái rắn và mô-đun vi mô. Một chùm tia laser có thể hàn các tổ hợp kim loại đa dạng nhất được sử dụng trong vi điện tử như vàng và silicon, gecmani và vàng, niken và tantalum, đồng và nhôm. Nó cũng dự kiến sẽ được sử dụng trong công việc chính xác chất lượng cao như trong ngành hàng không vũ trụ và các ứng dụng sản xuất hàng loạt tốc độ cao như trong ngành công nghiệp ô tô.
Thông thường hàn laser đã được sử dụng thành công để hàn thép chống va chạm và hợp kim titan, trong đó các mối hàn chất lượng cao đã được sản xuất trong các tấm có độ dày 0-1 đến 2 mm. Các mối hàn được tìm thấy là kín chân không và có độ bền 90% so với kim loại gốc. Tốc độ hàn từ 10 đến 15 m / giờ đã được sử dụng để hàn laser.
Mặc dù hàn laser có tiềm năng cao và dự kiến sẽ cạnh tranh với EBW trong tương lai gần nhưng hiện tại laser công suất cao là một thiết bị hiếm và cực kỳ đắt tiền.
