LASER SỢI - MỘT CÔNG CỤ ĐA NĂNG TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP

Thứ tư - 17/05/2017 10:46
Tóm tắt - Các laser sợi đã tự khẳng định vị trí trong khu vực sản xuất công nghiệp tức là có tính hiệu quả, chính xác và tiết kiệm chi phí trong một số lượng lớn các ứng dụng gia công vật liệu bằng laser. Các laser sợi có chất lượng chùm tia tuyệt vời ở đơn hoặc đa mode,cho phép chúng tương thích một cách chính xác với các yêu cầu gia công và do đó chúng là một công cụ đa năng cho sản xuất công nghiệp. Trên cơ sở các thí dụ ứng dụng được lựa chọn, công nghệ và khả năng ứng dụng đa dạng của các laser sợi trong dải công suất từ 0,5 đến 6 kW sẽ được trao đổi.
logo HVL anh nen
logo HVL anh nen
1. Gìớì thiệu chung
Ngày nay, thật khó có thể tưởng tượng được khi nói về một quá trình sản xuất hiện đại, hiệu quả mà lại không sử dụng laser và gia công laser. Sự phát triển liên tục của các ứng dụng mới và hiệu năng ứng dụng được nâng cao cùng với việc giảm chi phí quyền sở hữu của các nguồn và các hệ thống laser đã cho phép phát triển không ngừng các công nghệ có sử dụng laser.
Thị trường gia công cắt, hàn và xử lý bề mặt liên tục (sau đây gọi là các ứng dụng “vĩ mô”), chiếm phần lớn trong tổng số thị trường laser gia công vật liệu. Trong phân khúc thị trường này, các laser CO2 và laser sợi là những nguồn laser chủ yếu vì chúng có công suất cao, chất lượng chùm tia tuyệt vời, độ tin cậy cao và tính hiệu quả của chi phí.
Phân khúc thị trường lớn nhất là cắt vật liệu (bao gồm kim loại, gỗ, chất dẻo, hàng dệt và các hợp chất). Tiếp đến là hàn laser. Do có hiệu ứng tạo lỗ khóa1 , nên tốc độ hàn cao và tải nhiệt thấp ở vùng đã hàn (tức là làm cho chi tiết ít bị biến dạng), và do vậy hàn laser rất hiệu quả. Thí dụ, hàn laser các chi tiết của hệ truyền lực, hệ phun, vỏ của các cảm biến và bộ tăng áp túi khí, các bộ phận của thân xe hơi, các bán thành phẩm (làm từ các tấm kim loại), các loại ống và các biên dạng cần độ sâu mối hàn từ 0,1 mm đến 15 mm.
Các ứng dụng này được định hướng bởi mật độ công suất vô cùng lớn được tập trung cao, dễ xác định. Mật độ này ^ đạt được bằng cách hội tụ chùm tia từ các laser có chất lượng vừa phải và cao.
2. Công nghệ laser sợi
Laser sợi là các laser trong đó môi trường tăng ích là một sợi quang học đã được pha tạp với các nguyên tố đất hiếm như erbium (Er3+), ytterbium(Yb3+), neodymium (Nd3+), dysprosium (Dy3+), praseodymium (Pr3+), thulium (Tm3+) và holmium (Ho3+). Các tính chất phi tuyến của sợi quang chẳng hạn như tán xạ Raman kích thích hoặc trộn bốn sóng cũng tạo ra tăng ích trong sợi, nên chúng cũng được sử dụng tựa như môi trường tăng ích cho một laser sợi.
Công nghệ laser sợi là công nghệ mới nhất của nhóm các laser thể rắn được bơm bằng diode. Với hiệu suất chuyển đổi điện-quang cao, cách thức cấp chùm tia bằng một sợi mềm và chất lượng của chùm tia phù hợp với nhiều ứng dụng, nên trong giai đoạn 2011-2017 phân khúc thị trường của laser sợi tăng nhanh. Sở dĩ như vậy là có sự phát triển của các kỹ thuật như tạo diện tích mode lớn, tạo các sợi có vỏ bọc kép được pha tạp đất hiếm và đường kính vỏ lớn, tạo các bộ nối ghép cho tích hợp bơm với sợi và các mô- đun laser diode năng lượng cao. Những kỹ thuật này cho phép quá trình thiết kế các mô-đun sợi quang năng lượng cao được tiến hành tựa như "thiết kế sợi tích hợp", tạo ra các mô-đun đơn giản, chắc bền và hiệu quả, lý tưởng đối với việc sử dụng chúng trong các laser dùng cho sản xuất công nghiệp. Mở rộng2 dải công suất laser đạt được bằng cách kết hợp các mô-đun này bằng các bộ ghép toàn sợi có đầu ra đa mode,chất lượng cao.
Thiết kế và chế tạo
Không giống như các loại laser khác, các buồng cộng hưởng của laser sợi được chế tạo đơn khối bằng cách kết nối các loại sợi khác nhau ở trạng thái tan chảy. Cấu hình buồng cộng hưởng (BCH) có thể là kiểu tuyến tính - trong đó các cách tử Bragg sợi thay thế các gương điện môi truyền thống tạo ra quá trình phản hồi quang học, hoặc BCH hoạt động ở một mode dọc duy nhất của các laser phản hồi phân tán siêu hẹp (DFB), mà tại đó một cách tử Bragg dịch chuyển pha chồng khớp với môi trường tăng ích.
Laser sợi được bơm bằng các diode laser bán dẫn hoặc bằng các laser sợi khác. Ánh sáng bơm có thể được kết nối trực tiếp vào trong lõi sợi hoặc vào lớp vỏ bơm lớn hơn của sợi lõi kép đối với laser sợi công suất cao .Các laser sợi xung Q-switched là một thay thế có hiệu quả cho công nghệ Nd: YAG về mặt tiêu thụ điện và nhỏ gọn Cấu hình cơ bản
Các sợi hoạt tính laser cho phép truyền năng lượng bơm có chất lượng chùm tia thấp ở bên trong lớp vỏ bọc đầu tiên. Bức xạ của các laser diode rẻ tiền bơm hoạt chất (thí dụ Yb3+) của lõi sợi, tạo ra tín hiệu laser sợi. Các lợi ích chính của kỹ thuật này đem lại là:
•     Làm mát dễ dàng và hiệu quả do tỷ lệ bề mặt/thể tích của một sợi dài, mảnh cao, dài và năng lượng laser được tạo ra được dẫn bên trong lõi sợi.
•     Chất lượng chùm tia được xác định trước ngay ở giai đoạn thiết kế của sợi và do đó về cơ bản độc lập với công suất ra. Bằng cách này, rất dễ tạo ra được bức xạ laser với chất lượng được hạn chế bởi nhiễu xạ. Chùm tia phát ra được phân cực ngẫu nhiên, cho phép đảm bảo quá trình gia công vật liệu độc lập với hướng tới.
Tính chất vât lý
Thiết kế cho phép các hệ laser sợi pha tạp Yb+3 bơm bằng diode có các đặc trưng:
•     Độ mất mát và khuyết tật lượng tử thấp (Hình 1);
•     Độ khuếch đại trong một lần qua lại BCH và hiệu suất cao;
•    Ngưỡng phát laser thấp.
Diode bơm
Bức xạ bơm của laser diode hiệu quả cao giá thành rẻ có thể được kết nối vào các sợi hoạt tính laser theo những cách thức khác nhau. Để duy trì được những ưu điểm của thiết kế tích hợp sợi không cần căn và tinh chỉnh, các laser diode có kết nối sợi quang đã được chế tạo và trở thành tiêu chuẩn cho các hệ laser sợi công nghiệp trong suốt thập kỷ qua.
Ở đây, cần có sự phân biệt giữa các đầu phát đơn lẻ có kết nối sợi quang công suất ra thấp, các module nhiều đầu phát với công suất đầu ra vừa phải cũng như các hệ nhiều thanh với công suất ra cao.
Nỗ lực trong việc tích hợp mô-đun bơm phụ thuộc đáng kể vào số lượng các mô-đun bơm được yêu cầu nhằm đảm bảo cho chùm bơm có năng lượng ra và độ chói phổ cao. Vì vậy, mặc dù các mô-đun diode công suất ra cao có lợi thế ở đây, song còn phải xem xét tới độ chói phổ nữa. Để thỏa mãn được các yêu cầu này, phải sử dụng các đầu phát diode theo đặt hàng, đã được tối ưu hóa cho việc ghép nối sợi cần thiết và cho chế tạo mô-đun tự động, ít tốn kém. Nói cách khác, hai yêu cầu trên có thể hợp nhất lại thành yêu cầu là chế tạo ra các mô-đun laser diode rẻ tiền mà lại có giao diện bằng sợi quang để khớp nối chính xác với laser sợi. Bên cạnh đó,trong thiết
kế của chúng phải đảm bảo cho những mô-đun bơm làm mát thụ động này cũng có những tính chất giống như các đầu phát có kết nối sợi quang đơn lẻ. Hiện nay, với sự trợ giúp của các hệ thống đổi mới đối với các sợi bơm, có thể thực hiện phối ghép bức xạ bơm hiệu quả cao và không có vỏ bọc với đầu ra vài trăm watt vào trong một sợi.
 
buoc song
Hình 1 - Các tiết diện hấp thụ và phát xạ của thủy tinh germano-silicate pha tạp ytterbium thông dụng, khi được sử dụng cho các sợi hoạt tinh laser pha tạp Yb.

3.       Thiết kế tích hợp Ý tưởng thiết kế laser sợi tích hợp được hoàn tất bằng hai kỹ thuật bổ sung: Các gương của buồng cộng hưởng và các bộ ghép nối bơm Các gương của BCH tích hợp sợi quang được hiện thực bằng các cấu trúc nhiễu xạ được khắc trong lõi sợi (các cách tử Bragg trong sợi, FBGs), được sử dụng làm gương phản xạ toàn phần và gương ra có độ truyền qua một phần. Các laser diode đã được kết nối sợi quang kết hợp với các tổ hợp bơm tích hợp trong sợi đã được chứng minh khả thi trong hàng loạt các thiết kế laser sợi và vẫn giữ được các lợi thế của thiết kế tích hợp trong sợi không cần căn, tinh chỉnh. Nhờ sự phát triển này, trong suốt thập kỷ qua, các laser diode ghép nối với sợi được coi như là tiêu chuẩn cho việc bơm các hệ laser sợi công nghiệp.
Với một bộ kết hợp bơm thông dụng được thiết kế tựa như "bó sợi nóng chảyhình nêm" ta chỉ có thể thiết lập các hệ bơm dọc đơn giản. Các hệ này đều bị khống chế mạnh về hiệu năng và khả năng mở rộng. Để đạt được sự phân bố của đảo ngược mật độ thấp và đồng nhất trong sợi hoạt tính với độ hấp thụ cùng lúc cao và theo đó là hiệu quả chuyển đổi, cần phải có một bộ tổ hợp bơm với van tiết lưu quá trình cấp tín hiệu (được gọi là "bộ ghép nối bơm"). Chỉ cần sử dụng một "bộ ghép nối bơm", với van tiết lưu quá trình cấp tín hiệu,sẽ cho mất mát thấp nhất của công suất tín hiệu và chất lượng chùm tia cùng với với độ truyền qua của ánh sáng bơm cao tới trên 98% như sản phẩm của hãng Rofin.
Sử dụng các thành phần riêng lẻ như đã mô tả ở trên, dễ dàng chế tạo một laser hoàn toàn tích hợp sợi. Laser này có thể được bơm theo cả "cùng" lẫn "ngược" hướng, tức là một bộ dao động laser sợi được bơm ngang kép. Các dòng laser sợi đều dựa trên các thiết kế bộ dao động bơm ngang kép hiệu suất cao (Hình 2). Thiết kế cho ta tới sáu cổng bơm ở mỗi phía của BCH đối với các mô-đun diode ghép sợi với một lõi sợi 200 ụm (NA 0.22).
Các sản phẩm thực tế hiện nay gồm có các mô đun này. Chúng cung cấp công suất ra danh định 1,5 kW ở chất lượng chùm tia BPP4 < 0,4 mm x mrad ở các hiệu suất quang điện khoảng 30%.
Có thể thiết lập được các laser với đầu ra phân cực tuyến tính bằng cách sử dụng các sợi quang có diện tích mode lớn duy trì phân cực được pha tạp Yb (PLMA)5 và các cách tử Bragg trong sợi phù hợp (FBG)6 . Bằng cách này có thể tạo ra được các laser sợi công suất 1kW, được phân cực tuyến tính ở các hiệu suất quang điện khoảng 30% so với các laser phân cực thống kê.
Mở rộng công suất
Việc mở rộng công suất của laser sợi có thể đạt được bằng hai phương pháp khác nhau: mở rộng công suất của bộ
dao động hoặc của một số bộ tạo dao động cho một đầu ra sợi duy nhất.Cả hai phương pháp này đều được các hãng sản xuất laser sợi thực hiện với một thời gian đáng kể. Thí dụ,ở hãng Rofin, bắt đầu giao hàng năm 2009 với một công suất ra đơn mode từ một mô-đun laser sợi duy nhất, công suất đã được mở rộng tới công suất ra 1,5 kW và được giao hàng vào cuối năm 2013.
Bộ tổ hợp toàn sợi công suất cao
Các bộ tổ hợp toàn sợi cho phép mở rộng công suất laser sợi bằng cách lấy tổng không kết hợp của các mô-đun laser sợi đơn mode.Hiện tại, đã giảm được các tổn thất xuống mức nhỏ nhất và đạt được chất lượng chùm tia đa mode cao. Hai, ba và bốn nguồn đầu vào đơn mode tất cả được kết hợp trong sợi để nâng ^ đầu ra tới 6 kW. Các sợi ra có kích cỡ hoặc 50 ụm hoặc 100 ụm luôn có sẵn để cung cấp chất lượng chùm tia tương ứng.
image116
Hình 2. Sơ đồ dao động laser sợi, bao gồm 12 bơm và bộ ghép nối bơm 6 X 1 bao gồm
cả van tiết lưu quá trình cấp tín hiệu.

4.    Các laser sợi cho các ứng dụng công nghiệp
Trên cơ sở các thành phần đã được mô tả ở trên, một loạt các laser sợi công nghiệp đã được các hãng (thí dụ Rofin) đưa ra trong năm 2009 và đã tiếp tục phát triển để có một dòng laser hoàn chỉnh với công suất ổn định từ 500 W đến 6000 W với hai phiên bản:phiên bản "nhỏ gọn" với một tủ máy nhỏ phù hợp lý tưởng với việc tích hợp dễ dàng vào các hệ thống hiện có và, phiên bản "tiêu chuẩn" như là một giải pháp độc lập cung cấp một tủ máy riêng biệt để quản lý chùm tia. Có thể sử dụng theo thời gian tới bốn sợi hoặc chia sẻ năng lượng bằng hai khóa liên động kênh ở mỗi đầu ra và một giao diện íieldbus7 đa trạm.
Cả hai phiên bản đều có các tính năng tổng thể chung để giúp khách hàng thực hiện các giải pháp riêng của họ:
•   Kích thước sợi quang và chất lượng chùm tia
Laser liên tục với chất lượng chùm tia đơn hoặc đa mode đều sử dụng các sợi quang đầu ra 20 ụm, 50 ụm hoặc 100 ụm. Các kích thước sợi lớn hơn có thể được tương thích bằng các bộ ghép sợi- sợi hoặc các bộ chuyển mạch sợi-sợi cho phép người sử dụng tương thích chất lượng chùm tia với các yêu cầu của các quá trình gia công về kích thước vết laser từ 20 ụm đến vài mm đối với các ứng dụng xử lý bề mặt.
•   Kiểm soát công suất
Việc nhận biết công suất và kiểm soát phản hồi nhanh là một tính năng quan trọng để đảm bảo tính tin cậy của các kết quả gia công. Công suất ra được kiểm soát nội tại ngay cả khi laser được sử dụng ở chế độ xung 5 kHz.
•   Phản xạ ngược của bức xạ laser
Công suất phản xạ từ các chi tiết xảy ra với hầu hết các quy trình gia công. Mất mát công suất bên trong hệ thống cấp chùm tia và các bộ cảm biến ở các vị trí khác nhau của thiết kế mô đun bảo vệ các thành phần thiết bị khỏi bị hư hỏng.
Do sự suy giảm nhanh của công suất phản xạ và các phân tích tín hiệu thông minh trong các sensor, việc gia công đồng thau, nhôm và đồng đều cho kết quả đáng tin cậy.
•   An toàn lao động
Dòng laser sợi được chế tạo để sử dụng với các hệ thống laser công nghiệp thuộc tiêu chuẩn an toàn máy ISO EN / ISO 13849. Tất cả các thành phần an toàn của laser đều được các tổ chức độc lập bên ngoài các công ty chứng nhận. Cần đặc biệt chú ý trong việc khóa an toàn các kênh cấp các nguồn điện bằng các cơ cấu phù hợp, đảm bảo khi mở khoá liên động sẽ làm tắt laser trong vòng 10 ms và phục hồi hoạt động trong khoảng sau 200 ms.
•        Giao diện công nghiệp
Đối với các laser lớn, cần có giao diện với các hệ thống. Xung có thể chọn được bằng số hoặc ramping programs được kiểm soát bởi các đầu vào tương tự hoặc số giúp người sử dụng thực hiện việc kiểm soát công suất cần thiết cho bất kỳ quá trình cắt hoặc hàn nào. Được kết nối hoặc bằng các tín hiệu số I/O hoặc bằng liên lạc íieldbus cho tới bốn trạm làm việc trong mạng máy tính, các dòng laser sợi dễ dàng tích hợp vào các hệ thống gia công vật liệu. Kiến trúc của thiết kế cho phép quan sát, vận hành và điều khiển từ xa từ các thiết bị khác trong một mạng. Các dụng cụ có thể là các bộ điều khiển hệ thống, các thiết bị cầm tay công nghiệp hoặc máy tính cá nhân.
•        Kiểm soát bộ quét
Ngày càng có nhiều ứng dụng công nghiệp sử dụng các hệ làm lệch chùm tia nhanh và mềm. Các hệ thống quét này có thể chuyển trong một khoảng thời gian nhỏ nhất có thể từ một đường hàn này sangđường tiếp theo, làm tăng năng suất của một hệ thống gia công laser rất nhiều. Giải pháp quét tích hợp cho phép lập trình các đường quét của máy quét bao gồm các thông số gia công laser như công suất, tốc độ xử lý và đường viền ngoằn ngoèo. Hệ thống kiểm soát được thực hiện bởi giao diện tiêu chuẩn.
5.       Các ứng dụng công nghiệp
Nhiều ứng dụng laser công nghiệp khác nhau đã được phát triển thành các kỹ thuật gia công tiêu chuẩn cho sản xuất. Cắt 2D các tấm kim loại và cắt 3D của các ống và các biên dạng cũng như các tấm kim loại đã bị biến dạng bằng các hệ thống 5 trục hoặc các robot và tinh chỉnh các biên dạng bằng phương pháp hydroforming8 là một số thí dụ về công nghệ cắt laser, tương ứng với tổng số khoảng 70% thị trường laser vĩ mô.
Độ dày tối đa của tấm hoặc tốc độ cắt đạt được sẽ tăng lên ở các mức công suất laser cao hơn.
Hàn bằng chùm tia laser là thị trường quan trọng thứ hai đối với các ứng dụng laser công nghiệp. Laser sợi là công cụ hàn phổ dụng cho rất nhiều ứng dụng từ các mối hàn hẹp của các lá pin mỏng rất mỏng đến các mối hàn lớn của các cấu kiện xây dựng.      ^
Ngay cả khi hàn bằng đồng và gia công bề mặt là các ứng dụng sử dụng chất lượng chùm tia thấp nhưng biên dạng của cường độ đồng nhất, các laser sợi có thể được điều chỉnh theo các yêu cầu do chất lượng chùm tia của chúng cao bằng cách chọn các thành phần quang học phù hợp để tạo thành biên dạng chùm tia. Độ hấp thụ của bề mặt cao ở các bước sóng xung quanh 1 ụm và các kích thước sợi gia công lớn với các biên dạng chùm tia hình chóp mũ cho phép sử dụng hiệu quả các laser sợi cho các kỹ thuật gia công này. Độ mềm mại của laser sợi được thể hiện bằng các thí dụ được nói tới trong các phần tiếp theo.
Chúng được sắp xếp theo chất lượng chùm để đạt được hiệu suất tối ưu.
Các ứng dụng đơn mode Với việc đưa các laser sợi năng lượng cao vào sản xuất, các laser sợi ở chế độ đơn mode ngang cơ bản ở công suất cao đã được đưa ra thị trường lần đầu tiên. Các laser đơn mode được trang bị một sợi 20 ụm dài 8 m cung cấp một chất lượng tia <0,4 mm X mrad lên đến công suất 1,5 kW.
Các kích thước vết laser nhỏ hơn 50 ụm thu được với chất lượng chùm đơn mode rất thích hợp cho các ứng dụng như cắt các lá kim loại mỏng ở tốc độ rất cao, tạo ra các cấu trúc mịn bằng nóng chảy laser chọn lọc hoặc cắt từ xa các kim loại và các chất dẻo được gia cường bằng sợi cacbon.
Các laser đa mode có chất lương chùm tia cao
Việc sử dụng các sợi 50 ụm hoặc 100 ụm cung cấp các chất lượng chùm tia xấp xỉ 2 mm x mrad hoặc 4 mm x mrad trên chi tiết gia công. Các chất lượng chùm này được sử dụng cho các ứng dụng cắt và hàn nếu cần các kích thước
vết nhỏ hoặc khoảng cách làm việc dài (hàn quét). Do đó, khoảng cách làm việc có thể từ 0,6 đến 1,5 m. Điều này rất có lợi cho an toàn lao động.
Bất cứ khi nào vật liệu có độ dầy dưới 3 mm được cắt thì chất lượng chùm tốt hơn có thể được chuyển đổi thành tốc độ cắt cao hơn (Hình 3). Các thí dụ điển hình cho việc cắt với chất lượng chùm tia cao là việc cắt thép điện để chế tạo các máy biến áp hoặc các động cơ mẫu. Các hệ thống có độ chính xác cao và tăng tốc cao nhất được sử dụng để cắt các chi tiết này một cách kinh tế.
image118
Hình 3. So sánh các tốc độ cắt sử dụng sợi quang 50 ụm và 100 ụm ở 3 kW

Một thí dụ về cắt chính xác thép điện bằng một hệ thống cắt bằng laser sợi được điều khiển bằng động cơ tuyến tinh, được thể hiện trong hình 4.
image124
Hình 4. Hộp bằngthép điện được cắt bằng laser. Có thể nhìn thấy rõ độ chính xác cao
của các tấm cắt riêng rẽ

Do sự gia tốc cao của các thiết bị cắt tốc độ cao, cần nhanh chóng thích ứng các thông số laser với tốc độ cắt khác nhau. Điều này đạt được bằng cách chuyển tốc độ cắt thực tế sang laser bằng tín hiệu tương tự, được biến đổi thành các thông số laser thích ứng trong thời gian thực.
Cắt các vật liệu phản xạ cao. Do bước sóng và thiết kế chặt chẽ, nhôm, đồng và đồng thau có thể được cắt bằng laser sợi một cách đáng tin cậy.
image126
Hình 5. Cắt ống đồng bằng laser sợi 2 kW.

Hình 5 cho thấy một thí dụ cắt một ống đồng dầy 2 mm bằng laser sợi 2 kW. Sự hấp thụ tốt hơn của bước sóng ngắn cung cấp tốc độ cắt cao hơn cho những vật liệu phản chiếu cao này. Các hệ cắt đa năng được trang bị các sợi 100 ụm. Đó là một sự thỏa hiệp tốt cho việc cắt các vật liệu có dải độ dày lớn. Không chỉ cắt mà hàn cũng được thực hiện với những chất lượng chùm tia cao này. Các thí dụ, hàn các đầu phun ở các mức công suất trung bình và hàn các vật liệu phản xạ cao có tính dẫn nhiệt cao như nhôm hoặc đồng (Hình 6).

Các bộ phận nhạy cảm với nhiệt cũng là một lĩnh vực làm việc đối với kích thước nhỏ. Cần kết nối các bộ phận điện tử để giữ cho vùng nhiệt bị ảnh hưởng càng nhỏ càng tốt. Điều này đạt được nhờ tốc độ hàn cao và năng lượng đầu vào thấp trên một đơn vị độ dài. Kỹ thuật tương tự giúp giảm thiểu sự biến dạng.
Các ứng dụng đối với chất lượng chùm tia trung bình. Các chất lượng chùm tia trung bình sử dụng sợi 200 ụm được sử dụng cho các ứng dụng hàn nói chung tức là trong hệ thống truyền lực. Độ xuyên sâu cao và chiều rộng đường nối hàn thấp dẫn đến biến dạng hầu như không có, đây là điểm quan trọng cho các bộ phận của hộp số.
image128
Hình 6. Hàn các ống làm mát điều hòa không khí (Nhôm với sợi 100 ụm).

Hình 7 cho thấy một thí dụ của một thiết bị được hàn bởi một laser sợi 3 kW ở độ xuyên sâu 5 mm.
Chất lượng chùm tia này cũng có thể được sử dụng với một máy quét 3D để quét các ứng dụng đang bay. Tốc độ định vị cao của máy quét khi hàn một vài đường nối trong dải làm việc của nó duy trì đúng lúc công suất cao của laser và tăng tốc độ sản xuất.
image131
Hình 7. Mặt cắt hàn của một bánh răng được hàn bằng laser sợi

6.   Hàn và xử lý bề mặt ở chất lượng chùm tia thấp
Các sợi 600 ụm là sự lựa chọn chung cho hàn để bù các dung sai của chi tiết đang được hàn. Các thành phần có thân mầu trắng trong ngành công nghiệp ô tô là lĩnh vực điển hình trong đó đường kính sợi lớn có ý nghĩa. Thí dụ,hàn phủ của thép mạ kẽm cho các bộ phận treo, cửa ra vào, cửa sổ v.v... Khoảng trống cầnthiết giữa các tấm có thể dễ dàng được nối tắt bởi bể tan chảy tương đối lớn. Tương tự, mối nối hàn đẹp có thể được thực hiện bằng cách sử dụng cường độ tia laser tương đối thấp với các kích thước vết được thực hiện bằng các sợi lớn hơn. Việc hàn đồng thau cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng sợi quang 600 ụm hoặc 800 ụm để tạo ra kích thước vết laser lớn. Do cường độ có biên dạng đỉnh mũ phẳng, nên đã thu được các kết quả ứng dụng hiệu quả. Chất lượng mối nối là rất cao và việc ráp lại bề mặt đường nối là không cần thiết trước khi sơn một phần, giống như nó có thể được nhìn thấy trên nhiều mái xe. Do đầu vào năng lượng thấp nên việc bảo vệ chống ăn mòn ở mặt sau của các chi tiết vẫn theo đúng trình tự như khi chưa hàn. Lớp mạ kẽm thường bị làm khô nhưng không bị cháy. Theo cách này, một bước gia công bổ sung để bảo vệ vùng hàn được loại bỏ.
7.   Kết luận
Ngày nay, laser sợi là công cụ gia công đa năng cho sản xuất công nghiệp. Chúng thể hiện một phạm vi áp dụng rộng lớn hơn tất cả các tia laser khác trước đây do dải công suất rộng và các chất lượng chùm tia , và do khả năng thay đổi đột ngột của chùm tia mềm của chúng, cùng các khả năng chia và quét chùm tia. Hơn nữa, hiệu quả của lasser, bước sóng và các yêu cầu bảo trì tối thiểu cho phép các quá trình kinh tế cao trong nhiều ngành công nghiệp. Ở Việt nam có vẻ như chưa một ứng dụng công nghiệp đáng kể nào của loại laser này. Một vài năm trở lại đây, Bộ Khoa học và Công nghệ có đầu tư tại Viện Ứng dụng công nghệ một phòng thí nghiệm theo hướng đưa loại laser này vào sản xuất công nghiệp. Đồng thời, tại cơ quan khoa học này cũng đã tiến hành một vài nghiên cứu ứng dụng. Hy vọng rằng, sắp tới sẽ có nhiều nghiên cứu hơn, đặc biệt là đưa được các kết quả vào ứng dụng trong công nghiệp.

Chú thích:
1Một cột hơi hoặc plasma nhất thời được tạo ra trong thời gian hàn hoặc cắt vật liệu sử dụng các chùm năng lương cao như laser (keyhole).
2Một biện pháp làm tăngđáng kể công suất ra của laser (power scaling).
3Các chùm tia có độ phân kỳ nhỏ nhất có thể đối với một bán kính điểm thắt cho trước (diffraction-limited)
4BPP(Beam Parameter Product):tích thông số chùm tia =độ phân kỳ của chùm tia x bán kính của chùm tại điểm thắt của nó.
5polarizationmaintaining     large mode
area(PLMA).
6fiber Bragggratings (FBG)
7Fieldbus is the name of a family of industrial computer network protocols used for real-time distributed control, standardized as IEC 61158.
8Một phương pháp tinh luỵên ở nhiệt cao trong đó các naphtha tiếp xúc với một xúc tác với sự có mặt của hydrgen tạo ra các chất thơm có hàm lượng octane cao.













 

Tác giả bài viết: Tạ Văn Tuân và Chu Đình Thúy

Nguồn tin: Hội Vật Lý

 Từ khóa: tin

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

  Ý kiến bạn đọc

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Gửi phản hồi
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây