Máy hàn laser là gì? Tìm hiểu về công nghệ hàn laser

Trong những năm gần đây, công nghệ hàn laser đang trở thành xu hướng phổ biến trong ngành công nghiệp hiện đại, đặc biệt là trong ngành sản xuất và gia công kim loại. Bên cạnh đó, dòng sản phẩm máy hàn laser cũng đang được tìm hiểu rất nhiều. Tuy nhiên để đưa ra quyết định thì còn nhiều yếu tố nên nhiều doanh nghiệp hay người dùng vẫn còn đắn đo trước khi quyết định đầu tư. Vậy “Máy hàn Laser là gì?Công nghệ hàn laser là gì? Hãy cùng thiết bị cơ khí Đức Phong tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây nhé.

Tìm hiểu khái niệm phương pháp hàn laser là gì? Máy hàn laser là gì?

Công nghệ hàn Laser là gì?

Phương pháp hàn laser là áp dụng năng lượng cao của mạch xung tia laser, trên vật liệu tiến hành tăng nhiệt cục bộ trên khu vực vô cùng nhỏ, thông qua năng lượng phản xạ chiếu sáng của tia laser dẫn đến khuếch tán bên trong vật liệu sau khi vật liệu bị làm nóng chảy. Và khi vật liệu bị nóng chảy đông cứng lại tạo thành mối hàn đó chính là đã đạt được mục đích của hàn nối. 

Hàn chùm tia laser có mật độ công suất cao (khoảng 1 MW/cm2) dẫn đến các vùng chịu ảnh hưởng nhiệt nhỏ và tốc độ làm nóng và làm mát cao. Kích thước điểm của tia laser có thể thay đổi từ 0,2 mm đến 13 mm, mặc dù chỉ có các kích thước nhỏ hơn được sử dụng để hàn. Độ sâu thâm nhập tỷ lệ thuận với lượng điện năng cung cấp, nhưng cũng phụ thuộc vào vị trí của điểm hội tụ : độ thâm nhập đạt mức tối đa khi điểm hội tụ nằm hơi thấp hơn bề mặt của phôi.

Có thể sử dụng chùm tia laser liên tục hoặc xung tùy thuộc vào ứng dụng. Các xung dài một phần nghìn giây được sử dụng để hàn các vật liệu mỏng như lưỡi dao cạo trong khi các hệ thống laser liên tục được sử dụng cho các mối hàn sâu.

Máy hàn laser là gì?

Máy hàn Laser là thiết bị chuyên dụng trong ngành cơ khí, được sử dụng để kết nối hai hoặc nhiều vật liệu (thường là kim loại) bằng việc sử dụng nguồn năng lượng laser sợi quang để hàn các vật liệu là kim loại như: sắt, thép, inox, nhôm. Đem lại hiệu quả chất lượng hơn hẳn so với các phương pháp hàn kim loại khác. Công nghệ hàn bằng tia Laser sẽ cho tốc độ hàn nhanh, mạch hàn chính xác, sáng và sạch hơn so với hàn mig/tig.

Chùm tia cung cấp nguồn nhiệt tập trung, cho phép hàn hẹp, sâu và tốc độ hàn cao. Quy trình này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khối lượng và độ chính xác cao sử dụng tự động hóa , như trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không. Nó dựa trên chế độ hàn lỗ khóa hoặc chế độ hàn xuyên thấu.

Cấu tạo của máy hàn laser

Cấu tạo của máy hàn laser bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

Nguồn laser (Laser Power Source)
Đây là "trái tim" của máy hàn laser, tạo ra chùm tia laser mạnh mẽ để thực hiện quá trình hàn. Nguồn laser có thể là laser sợi quang (fiber laser), laser CO₂ hoặc laser diode, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể. Nguồn hàn laser chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng để tạo ra tia laser.

Bộ làm mát (Cooling System)

Máy hàn laser tạo ra rất nhiều nhiệt trong quá trình hoạt động. Do đó cần hệ thống làm mát, thường là máy làm lạnh (chiller), để duy trì nhiệt độ ổn định cho nguồn laser và mỏ hàn. Bộ làm mát giúp duy trì nhiệt độ ổn định, tránh làm hỏng các bộ phận của máy hàn laser và đảm bảo hiệu suất hoạt động liên tục. 

Mỏ hàn laser/súng hàn laser (Laser Welding Head)
Là bộ phận trực tiếp thực hiện quá trình hàn, nơi chùm tia laser được hội tụ để nung chảy vật liệu. Một số mỏ hàn còn tích hợp hệ thống cấp dây hàn tự động để hỗ trợ quá trình hàn. Mỏ hàn laser sẽ tập trung tia laser vào điểm cần hàn và điều khiển hướng tia để đảm bảo mối hàn chính xác.

Bộ điều khiển (Control System)
Đây là trung tâm điều khiển toàn bộ hoạt động của máy, cho phép người vận hành thiết lập các thông số như công suất laser, tốc độ hàn, và chế độ làm việc. Bộ điều khiển giúp vận hành máy đảm bảo quá trình hàn đạt chất lượng tốt nhất.

Phụ kiện hàn Laser: Bao gồm các công cụ như lăng kính, bép và các bộ phận hỗ trợ khác giúp tối ưu hóa quá trình hàn và tăng tuổi thọ cho máy hàn laser.

Thiết bị dụng cụ cơ bản của hàn laser: Ngoài các bộ phận trên như bép hàn, súng/mỏ hàn, bộ điều khiển thì máy hàn laser cầm tay còn có các phụ kiện đi kèm máy. Các phụ kiện như bép hàn laser, kính bảo vệ, van giảm áp. Bép hàn laser được sử dụng gắn vào mỏ hàn để điều chỉnh các chùm tia laser.

Nguyên lý hoạt động của máy hàn laser

Máy hàn laser hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng chùm tia laser cường độ cao để nung chảy và kết nối các vật liệu, chủ yếu là kim loại. Quá trình này tạo ra mối hàn có độ chính xác cao, ít biến dạng và chất lượng vượt trội so với các phương pháp hàn truyền thống.

Khi chùm tia laser có năng lượng cao được hội tụ vào một điểm của tấm kim loại, nó sẽ tạo ra các đường nối hoàn hảo trên các tấm kim loại mỏng mà không bị biến dạng ở tốc độ cao tại vị trí đó. Độ sâu của mối hàn được quản lý bằng các phương pháp hàn khác nhau và thay đổi tương ứng. Quá trình này diễn ra tại đường nối của hai kim loại hoặc vật liệu cần hàn với nhau. Tuy nhiên, có nhiều phương pháp hàn laser tùy thuộc vào loại, độ dày và chất lượng của vật liệu được hàn.

Nguyên lý hoạt động của máy hàn laser:

Tạo ra tia laser:

• Nguồn laser tạo ra tia laser bằng cách kích thích các nguyên tử hoặc phân tử trong chất lượng của nó.
• Tia laser có thể có một mức năng lượng cao, và nó chuyển đổi năng lượng này thành nhiệt độ khi chạm vào vật liệu.

Tập trung tia laser:

• Hệ thống quang học sử dụng gương và thấu kính để tập trung tia laser vào một điểm nhỏ trên bề mặt vật liệu.
• Điều này tạo ra một lượng nhiệt độ cao tại điểm tập trung.

Nóng chảy vật liệu:

• Nhiệt độ cực cao tại điểm tập trung dẫn đến nóng chảy vật liệu.
• Quá trình này làm cho hai mảng vật liệu kết nối lại với nhau.

Điều khiển quá trình hàn:

• Hệ thống điều khiển đảm bảo rằng tia laser di chuyển theo mô hình cần thiết để hàn các vị trí được chỉ định trên vật liệu.
• Điều này có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh góc độ và tốc độ di chuyển của tia laser.

Thiết bị cơ khí Đức Phong đã có một bài thông tin về hướng dẫn sử dụng máy hàn laser, nếu như bạn đang quan tâm hoặc đang tìm hiểu về loại thiết bị này thì có thể tham khảo. Bài viết này sẽ giúp bạn vận hàng máy hàn laser một các chi tiết và an toàn

Phân loại máy hàn laser trên thị trường

Là một thiết bị hàn cao cấp trong ngành cơ khí, máy hàn laser được phân loại dựa trên loại laser và nguồn laser

Máy hàn laser dựa trên loại laser

Laser xung

• Cơ chế laser xung rất lý tưởng cho các kim loại có bản chất nhẹ và có độ dày thấp. Do đó, tia laser xung tạo ra sự tiếp xúc không liên tục trên bề mặt kim loại.
• Giữ cho nó an toàn không bị cháy hoặc chảy. Hơn nữa, kiểu hàn laser này lý tưởng để hàn các tấm kim loại, dao cạo, đồ trang sức, và thậm chí cả các bộ phận như ốc vít.

Tia laser liên tục

• Tia laser liên tục lý tưởng để hàn trên các bộ phận có độ dày cao và bền. Hơn nữa, công nghệ hàn laser này cũng tốt cho các kim loại bề mặt chịu lửa.
• Kiểu hàn bằng laser này tuy tốn kém hơn kiểu hàn xung nhưng về lâu dài sẽ tiết kiệm được nhiều chi phí và nhân công cho bạn.

Máy hàn laser dựa trên nguồn laser

Máy hàn laser sợi quang (Fiber Laser)

Máy hàn laser sợi quang, hay còn gọi là Máy hàn Laser Fiber rất lý tưởng để làm việc trên các bộ phận kim loại. Hơn nữa, nó mang lại độ tin cậy và hiệu quả cao. Theo ước tính, độ chính xác của máy hàn laser sử dụng sợi quang là gần 25%. 

• Sử dụng sợi quang để dẫn và khuếch đại tia laser.

• Hiệu suất cao, tuổi thọ dài, ít bảo trì.

• Phù hợp với hàn kim loại như thép không gỉ, nhôm, đồng.​

Máy hàn laser CO₂

• Sử dụng khí CO₂ làm môi trường phát laser.

• Thích hợp cho hàn vật liệu phi kim loại như nhựa, gỗ, vải.

Máy hàn laser CO2 có thể cung cấp chùm tia hàn liên tục lớn tạo ra mối hàn hiệu quả và bền. Nó có thể dễ dàng xuyên qua kim loại và bề mặt phi kim loại.

Máy hàn laser Nd: YAG

• Sử dụng tinh thể Nd:YAG làm môi trường phát laser.

• Có thể hoạt động ở chế độ xung hoặc liên tục.

• Thường dùng trong hàn chính xác, như trong ngành điện tử, y tế

Các máy laser Nd: YAG tiết kiệm năng lượng hơn so với các máy hàn laser sợi quang. Tuy nhiên, có một số ứng dụng nhất định như khả năng điều khiển laser lớn hơn mà bạn không thể đạt được với các loại nguồn laser khác.

Ưu, nhược điểm của máy hàn laser so với các máy hàn khác

Ưu điểm máy hàn laser

Độ chính xác và chất lượng mối hàn cao

Máy hàn laser cho phép tạo ra các mối hàn cực kỳ chính xác với vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) nhỏ, giúp giảm thiểu biến dạng và đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành yêu cầu độ chính xác cao như y tế, điện tử và hàng không.

Tốc độ hàn nhanh và hiệu suất cao

Nhờ khả năng tập trung năng lượng cao vào một điểm nhỏ, máy hàn laser có thể thực hiện quá trình hàn với tốc độ nhanh, giúp tăng năng suất và giảm thời gian gia công. Nhanh gấp 5-10 lần hàn TIG thông thường, hiệu suất cao

Khả năng hàn vật liệu đa dạng

Máy hàn laser có thể hàn được nhiều loại vật liệu khác nhau, từ kim loại như thép, nhôm, đồng đến các vật liệu phi kim loại như nhựa. Điều này mở rộng phạm vi ứng dụng của máy hàn laser trong nhiều ngành công nghiệp.

Xử lý mối hàn sau khi hàn laser: Giảm bọt khí trong mối hàn tới mức thấp nhất

Tổn hao năng lượng: Cho liên kết hàn có biến dạng cực nhỏ do năng lượng tập trung, tổn hao năng lượng thấp

Chất lượng mối hàn bằng laser: Chất lượng mối hàn vượt trội, tính thẩm mỹ cao, sáng, bóng đẹp, độ chính xác cao

Chi phí nhân công: Tiết kiệm 40% chi phí nhân công, tối ưu hóa chi phí sản xuất

Chi phí khấu hao thiết bị: Giảm chi phí khấu hao đáng kể

Nhược điểm máy hàn laser

Tuy sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp hàn khác, nhưng máy hàn laser cũng tồn tại một vài nhược điểm cần chú ý:

• Giá thành và chi phí đầu tư cao.
• Tốc độ làm nguội nhanh nên các mối hàn laser có nguy cơ rỗ khí và bị giòn.
• Trong quá trình hàn máy sẽ sản sinh ra bức xạ điện từ, cần trang bị đầy đủ đồ bảo hộ cho kỹ sư hàn.

Ứng dụng của công nghệ hàn laser trong dời sống

Công nghệ hàn laser không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp mà còn đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống hiện đại. Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của công nghệ hàn laser

Ngành trang sức

• Trong ngành công nghiệp trang sức, hàn laser được sử dụng để chế tạo các bộ phận phức tạp và tinh xảo từ các vật liệu khác nhau.
• Nhờ vào khả năng hàn chính xác và tối ưu, hàn laser giúp kết hợp các vật liệu như vàng, bạc hoặc kim loại quý với độ mỏng và tinh tế, tạo ra sản phẩm trang sức chất lượng cao.

Công nghiệp ô tô

• Hàn laser được sử dụng để kết nối các bộ phận khung xe, thân xe và các chi tiết nhỏ với độ chính xác cao, giúp tăng cường độ bền và giảm trọng lượng tổng thể của xe. 
• Hàn CO2 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bánh răng, bộ phận truyền động, tàu điện. Công nghệ hàn laser giúp tạo ra mối hàn hình tròn và hình khuyên chính xác, nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí.
• Hàn laser Nd: YAG còn có ứng dụng lớn trong việc gia công các chi tiết thân vỏ và kết cấu của ô tô, nhờ vào tốc độ nhanh chóng, độ chính xác cao và chi phí thấp.

Ngành y tế

• Trong y tế, hàn laser chủ yếu được dùng để hàn các kim loại khác nhau, đặc biệt trong việc chế tạo các dụng cụ y tế phức tạp.
• Các bộ phận điện tử trong các thiết bị y tế, kết hợp với các chất bán dẫn, cần được hàn chính xác để đảm bảo chức năng hoạt động. Kim loại như thép không gỉ, hợp kim Titan, và các vật liệu cứng khác thường được sử dụng trong các thiết bị y tế.
• Hàn laser đảm bảo mối hàn kín, an toàn cho sức khỏe bệnh nhân, đồng thời đảm bảo hiệu quả trong việc sản xuất các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim, AED, và máy bơm thuốc.

Báo giá máy hàn Laser

Một số lưu ý khi tham khảo báo giá

• Giá đã bao gồm máy chính và nguồn laser; chưa bao gồm VAT, phụ kiện (cáp quang dài, bàn xy, bộ gá, ống gió,…).

• Máy công suất càng cao, phí làm mát (hệ thống nước) và chi phí bảo trì càng lớn.

• Các thương hiệu châu Âu/Đài Loan/Trung Quốc giá có thể khác nhau khoảng 10–20 %.

• Nên cân nhắc thêm chi phí lắp đặt, đào tạo vận hành và bảo hành.

Để có báo giá chính xác theo cấu hình (dài cáp quang, bàn gá, robot tích hợp, phụ kiện an toàn), bạn hãy liên hệ trực tiếp với nhà cung cấp hoặc đại lý phân phối để nhận bảng báo giá chi tiết kèm ưu đãi.

Kết luận

Máy hàn laser là một bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực gia công kim loại, mang lại nhiều lợi ích về độ chính xác, tốc độ và hiệu quả sản xuất. Với khả năng tạo ra mối hàn chất lượng cao, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ và khả năng tự động hóa cao, công nghệ hàn laser đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không, y tế và điện tử. Trên đây, Đức Phong đã giải đáp chi tiết cho bạn công nghệ hàn laser và máy hàn laser là gì. Hi vọng bài viết sẽ giúp bạn chọn được một máy hàn laser phù hợp nhu cầu.