Hàn laser truyền qua
Những điểm chính
- Một chi tiết cho tia truyền qua, chi tiết kia hấp thụ. Tia laser đi qua chi tiết phía trên và tỏa năng lượng tại bề mặt tiếp xúc.
- Nhiệt chỉ sinh ra đúng nơi cần, nên quy trình không gây rung và không tạo hạt bụi.
- Độ khít lắp quyết định chất lượng mối hàn một khi độ hấp thụ đã đủ; không thể khắc phục khe hở bằng cách tăng công suất.
- Muội than (carbon black) là chất hấp thụ truyền thống, đó là lý do nhiều cụm lắp ráp hàn laser có màu tối.
Hàn laser truyền qua
Hàn laser truyền qua là quy trình ghép nối trong đó tia hồng ngoại gần đi qua chi tiết phía trên cho tia truyền qua và được hấp thụ tại bề mặt chi tiết phía dưới, sinh nhiệt chính xác tại bề mặt tiếp xúc của mối ghép để cả hai mặt nóng chảy và hợp nhất dưới áp lực kẹp. Đây là cấu hình hàn laser chủ đạo cho nhựa nhiệt dẻo, và là lý do kỹ thuật này khả thi trên những vật liệu vốn sẽ bị hư hại nếu gia nhiệt bề mặt.
Giá trị của cách bố trí này là năng lượng được truyền vào bên trong cụm lắp ráp thay vì bên ngoài. Không có gì trên bề mặt nhìn thấy bị nóng lên đáng kể, nên các mặt thẩm mỹ được giữ nguyên, và hoàn toàn không có năng lượng cơ học tác động lên cụm lắp ráp, đó là lý do phương pháp phù hợp với vỏ chứa điện tử, cảm biến hoặc đường dẫn chất lỏng mà hàn siêu âm hay hàn rung sẽ làm xáo trộn.
Mỗi nửa của mối ghép phải làm gì
| Chi tiết cho tia truyền qua | Chi tiết hấp thụ | |
|---|---|---|
| Yêu cầu quang học | Truyền tia đến bề mặt tiếp xúc với tổn hao tối thiểu | Hấp thụ tia tại hoặc rất gần bề mặt của nó |
| Điều gây hỏng | Độ dày thành, hàm lượng bột màu, chất độn thủy tinh, độ kết tinh, đường hàn đúc sẵn | Hàm lượng chất hấp thụ không đủ, hoặc chất hấp thụ phân tán quá sâu |
| Cách tiếp cận thông thường | Nhựa tự nhiên hoặc pha màu nhẹ; polymer vô định hình truyền tia tốt hơn bán tinh thể | Muội than, hoặc phụ gia đa năng khi màu sắc quan trọng |
| Sơ suất phổ biến nhất | Cho rằng chi tiết trông trong suốt thì truyền tia tốt; độ trong suốt nhìn thấy được và độ truyền hồng ngoại gần là các tính chất khác nhau | Cho rằng hàm lượng đã tinh chỉnh cho độ tương phản khi khắc cũng phù hợp cho mối hàn |
Cả hai chi tiết thường nên cùng một loại polymer, hoặc các polymer đã được chứng minh là tương thích. Các vật liệu khác nhau với nhiệt độ nóng chảy và độ nhớt khác nhau hiếm khi tạo ra mối hàn tốt, bất kể cách bố trí quang học.
Thiết kế mối ghép và độ khít lắp
Một khi độ hấp thụ đã đủ, chất lượng mối hàn là vấn đề cơ học. Đây là nơi hầu hết chương trình thực sự thành công hoặc thất bại:
- Tiếp xúc chặt là bắt buộc. Chất nóng chảy phải bắc cầu qua bề mặt tiếp xúc, và khe hở khiến nó không có gì để bắc tới. Tăng năng lượng qua khe hở chỉ làm cháy vật liệu chứ không hàn được.
- Dung sai khe hở chặt hơn so với hàn siêu âm hoặc hàn rung. Độ cong vênh của chi tiết và dung sai đúc phải được kiểm soát riêng tại mối ghép, không chỉ theo kích thước tổng thể của chi tiết.
- Thiết kế mối ghép định vị. Bậc, mộng và rãnh hoặc mối ghép cắt trượt giúp định vị các chi tiết và tập trung chất nóng chảy ở nơi cần, thay vì trông chờ các mặt phẳng khớp hoàn hảo.
- Lực kẹp phải đồng đều dọc theo đường hàn. Áp lực không đều tạo ra mối hàn chắc ở chỗ này và không có ở chỗ khác.
- Dụng cụ kẹp nằm trên đường đi của tia. Tấm ép bằng thủy tinh hoặc acrylic phải được giữ sạch và không xước, vì tình trạng của chúng làm thay đổi trực tiếp năng lượng truyền tới.
- Giữ đường hàn cách xa cổng phun và đường hàn đúc trên chi tiết truyền qua, vì chúng tán xạ tia cục bộ và tạo ra điểm yếu lặp lại.
Các chiến lược hàn
| Chiến lược | Cách hoạt động | Phù hợp nhất với |
|---|---|---|
| Hàn theo đường bao | Tia vạch theo đường hàn một lần, nóng chảy dần dần | Đường hàn hai chiều lớn hoặc phức tạp; linh hoạt, chi phí dụng cụ thấp hơn |
| Gần đồng thời | Tia quét toàn bộ đường hàn lặp lại ở tốc độ cao, nên toàn bộ mối ghép nóng chảy cùng nhau | Cụm lắp ráp cần mối ghép co xuống và mối kín hermetic; chịu được khe hở nhỏ tốt hơn |
| Đồng thời | Dàn diode cố định hoặc nguồn có mặt nạ làm nóng toàn bộ mối ghép cùng lúc | Sản lượng lớn, hình học cố định; chu kỳ ngắn nhất, chi phí dụng cụ cao nhất |
| Hàn hướng tâm và hàn mặt nạ | Chiếu xoay hoặc chiếu qua mặt nạ | Chi tiết hình trụ, hoặc chi tiết nhỏ cần độ nét rất cao |
Chẩn đoán lỗi mối hàn
| Triệu chứng | Nguyên nhân có thể | Khắc phục |
|---|---|---|
| Mối hàn yếu dù hàm lượng chất hấp thụ đúng | Độ khít lắp, không phải quang học | Kiểm tra áp lực kẹp và khe hở mối ghép trước khi tăng công suất. |
| Độ bền thay đổi dọc theo đường hàn | Độ truyền thay đổi qua chi tiết phía trên | Đo độ truyền trên toàn bộ chi tiết cho tia truyền qua; độ dày thành và độ phân tán bột màu đều thể hiện ở đây. |
| Lỗ rỗng hoặc cháy tại bề mặt tiếp xúc | Năng lượng dư, hoặc dừng quá lâu tại một điểm | Giảm công suất hoặc tăng tốc độ di chuyển. Lỗ rỗng là khí phân hủy bị kẹt. |
| Điểm yếu lặp lại tại một vị trí | Vết cổng phun hoặc đường hàn đúc sẵn tán xạ tia | Dời cổng phun, hoặc chuyển đường hàn tránh xa đặc điểm đó. |
| Mối hàn xấu đi trong suốt đợt sản xuất | Kính kẹp bị bám bẩn hoặc trầy xước | Làm sạch và kiểm tra dụng cụ kẹp theo lịch; nó là một bộ phận quang học. |
| Đạt thử nghiệm lắp ráp, rò rỉ khi sử dụng | Chỉ được đánh giá đạt dựa trên độ bền ban đầu | Bổ sung chu kỳ nhiệt và tiếp xúc hóa chất vào đánh giá đạt, và xem xét dạng hỏng thay vì chỉ tải trọng. |
| Không hàn được cụm lắp ráp màu sáng | Chỉ xem xét muội than làm chất hấp thụ | Chỉ định phụ gia đa năng hoặc phụ gia hấp thụ hồng ngoại gần không có màu đen. |
Thuật ngữ và tài liệu liên quan
- Hàn nhựa bằng laser
- Phụ gia laser đa năng
- Hàn laser nhựa
- Lựa chọn muội than cho hàn laser truyền qua
Ứng dụng trong sản xuất
The Sabreen Group cung cấp hỗ trợ kỹ thuật độc lập về phát triển mối hàn truyền qua, ghép cặp vật liệu và đánh giá đạt mối ghép. Nếu quý khách đang quy định một quy trình, đánh giá một vật liệu hoặc xử lý sự cố sản xuất, đội ngũ dịch vụ kỹ thuật của chúng tôi có thể hỗ trợ. Liên hệ với chúng tôi để trao đổi về ứng dụng của quý khách.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao một chi tiết phải cho tia truyền qua và chi tiết kia phải hấp thụ?
Để nhiệt sinh ra tại bề mặt tiếp xúc của mối ghép thay vì bên ngoài cụm lắp ráp. Tia đi qua chi tiết phía trên mà không tỏa năng lượng đáng kể, được hấp thụ tại bề mặt chi tiết phía dưới, và nhiệt sinh ra làm nóng chảy cả hai mặt cùng nhau dưới áp lực kẹp. Nhờ vậy các bề mặt thẩm mỹ và linh kiện bên trong vẫn nguyên vẹn dù quy trình đang hàn ngay cách đó vài milimet.
Chi tiết trong suốt có nhất thiết cho tia truyền qua tốt không?
Không, và giả định này gây ra nhiều công sức phát triển lãng phí. Độ trong suốt nhìn thấy được và độ truyền hồng ngoại gần là các tính chất khác nhau: một chi tiết có thể trong như nước mà vẫn làm suy giảm tia ở 1064 nm, và polymer bán tinh thể tán xạ tia qua các vùng tinh thể của nó bất kể trông thế nào. Hãy đo độ truyền ở bước sóng làm việc thay vì đánh giá bằng mắt.
Vì sao mối hàn yếu khi hàm lượng chất hấp thụ đã đúng?
Thường là do độ khít lắp. Các mặt phải tiếp xúc chặt dưới áp lực kẹp vì chất nóng chảy phải bắc cầu qua bề mặt tiếp xúc; nếu có khe hở, năng lượng thừa đốt cháy vật liệu chứ không lấp được khe. Hàn laser dung sai khe hở kém hơn hàn siêu âm hoặc hàn rung, nên dung sai mối ghép và độ cong vênh của chi tiết phải được kiểm soát riêng tại mối hàn.
Cụm lắp ráp hàn laser có nhất thiết phải màu đen không?
Không còn nữa. Muội than là chất hấp thụ truyền thống và vẫn rẻ nhất, đó là lý do nhiều cụm lắp ráp hàn laser có màu tối, nhưng các phụ gia đa năng và phụ gia hấp thụ hồng ngoại gần nay cung cấp khả năng hấp thụ mà không có màu đen. Điều đó cho phép các cụm hàn màu sáng, có màu và ở một số hệ thống gần như trong suốt, với chi phí phụ gia cao hơn.
Nên chọn chiến lược hàn nào?
Hàn theo đường bao phù hợp với đường hàn lớn hoặc phức tạp với chi phí dụng cụ vừa phải; quét gần đồng thời làm nóng chảy toàn bộ mối ghép cùng lúc, cho phép mối ghép co xuống và chịu được khe hở nhỏ tốt hơn, là lựa chọn thông thường cho mối kín hermetic; hàn đồng thời cho chu kỳ ngắn nhất với hình học cố định sản lượng lớn nhưng chi phí dụng cụ cao nhất. Dung sai khe hở và sản lượng thường quyết định.
Yêu cầu báo giá miễn phí
Scott Sabreen — Chủ tịch kiêm Kỹ sư trưởng, hơn 30 năm kinh nghiệm chuyên môn. Hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để trao đổi miễn phí về ứng dụng của quý khách và các giải pháp của SABREEN. Hãy giao cho chúng tôi những thách thức khó nhất của quý khách.
Điện thoại: +1 972-820-6777
