Hàn các kim loại không đồng chất bằng công nghệ laser – Khó hay dễ?

Hiện nay, hàn các kim loại không đồng chất là nhu cầu bức thiết trong nhiều lĩnh vực công nghiệp đặc biệt là ngành điện tử , y tế, hàng tiêu dùng, ô tô-xe máy… Tuy nhiên, không phải công nghệ hàn nào cũng có thể ứng dụng được.   

Về nguyên tắc, bất kỳ kim loại đồng chất nào cũng có thể hàn được bằng công nghệ laser , tuy nhiên nếu là hai kim loại khác nhau hoàn toàn, thì còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, đặc tính vật lý của kim loại chính là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến nguồn năng lượng cung cấp và độ nóng chảy để tạo mối hàn chắc chắn.

BẢNG 1 (bên dưới) minh họa cho chúng ta thấy khả năng hàn của từng cặp kim loại. Đối với các kim loại không đồng chất, khả năng hòa tan dung dịch rắn là yếu tố quyết định chất lượng mối hàn. Tức là, chỉ những kim loại có nhiệt độ nóng chảy tương đương nhau mới có thể hàn được. Ngược lại, nếu nhiệt độ nóng chảy của kim loại này gần bằng nhiệt độ bay hơi của kim loại kia thì rất khó có thể hàn hoặc mối hàn sau đó dễ bị nứt, gãy.

TABLE 1. Khả năng hàn laser của các cặp kim loại

• Kim loại: Al: Nhôm; Ag: Bạc; Au: Vàng; Cu: Đồng; Pt: platinum; Ni: Ni-ken; Fe: Sắt; Ti: Ti tan; W: tungsten.

Ký hiệu:

• C (Complex structures): Còn tồn tại cấu trúc kim loại phức tạp -> có thể hàn nhưng mối hàn không bền, đẹp;
• X (Intermetallics compounds formed): Có thể tạo ra hợp chất liên kim loại -> Nguyên nhân khiến mối hàn dễ bị gãy, nứt ;
• S (Solid solubility exists): Có thể hòa tan dung dịch rắn -> yếu tố tạo mối hàn chất lượng
• D (Insufficient data for proper evaluation): Chưa đủ cơ sở đánh giá thích hợp hay không;
• N (No data available): Không có dữ liệu để đánh giá

Laser – được nhận định là công nghệ tiên tiến nhất hiện nay để hàn các kim loại không đồng chất mặc dù vẫn có thể tạo ra các hợp chất liên kim sau khi hàn. Bởi, ưu điểm của laser là tạo mối hàn bền, chắc, số lượng hợp chất liên kim tạo ra ở mức rất thấp, có thể chấp nhận được. Bên cạnh đó, laser có thể hàn đắp theo một hoặc nhiều hướng, cho phép chúng ta dễ nhận biết các hợp chất có thể tạo ra khi hàn. 

Đến nay, hầu hết các ứng dụng hàn các kim loại khác nhau đều được thực hiện bằng công nghệ laser đèn xung Nd: YAG laser (Nguồn kích laser là ngọn đèn) – vì công nghệ này cho phép tạo ra công suất đỉnh duy trì lâu hơn, sử dụng nhiều dạng sóng xung hơn gấp nhiều lần so với các công nghệ laser công suất trung bình khác, với điều kiện chu kỳ hoạt động thấp.

Hàn nối 2 kim loại Đồng & Nhôm bằng công nghệ laser Fiber 

Sở dĩ công nghệ laser Fiber nguồn Nd: YAG được lựa chọn cho ứng dụng này là do khả năng kích nguồn của ngọn đèn flash bên trong thường bị cản lại bởi lượng tải nhiệt trung bình tối đa hơn là công suất đỉnh phát ra. Nói cách khác, nguồn laser Nd:YAG được kích bằng đèn flash có công suất đỉnh cao, kết hợp với khả năng định dạng xung chính là nhân tố lý tưởng để hàn hai kim loại không đồng chất.

Khả năng định dạng xung laser là yếu tố rất quan trọng vì nhiệt độ phải được kiểm soát tại điểm hàn, bởi nếu lượng nhiệt tải vào cao, mối hàn sẽ càng sâu và có thể bị hỏng. Để điều chỉnh độ sâu mối hàn thích hợp nên điều chỉnh sao cho công xuất đầu vào thấp, và giảm từ từ để định hình khớp nối.