Hàn laser dẫn nhiệt: mật độ công suất thấp, tia chỉ bị hấp thụ ở bề mặt, nhiệt dẫn vào kim loại nên mối hàn rộng hơn sâu. Hàn lỗ khoá: mật độ công suất đủ cao để kim loại bay hơi, mở một lỗ hẹp, mối hàn sâu hơn rộng nhưng lỗ sụp thì nhốt khí thành rỗ.
Kết luận trên đúng khi hàn laser kim loại theo mô tả của TWI, với ngưỡng mật độ công suất hiểu là ngưỡng điển hình: dẫn nhiệt dưới khoảng 10⁵ W/cm², lỗ khoá trên khoảng 10⁶–10⁷ W/cm². TWI viết chữ "typically" cho cả hai ngưỡng. Nguồn đã kiểm không cho một tỷ lệ sâu trên rộng làm ranh giới giữa hai chế độ, không mô tả khoảng giữa 10⁵ và 10⁶ W/cm², và một bài tổng quan trên PMC ghi dải mật độ công suất của chế độ lỗ khoá khác hẳn cả đơn vị lẫn độ rộng, nên bài không gộp các con số đó thành một ngưỡng chung.
Bảng đối chiếu hàn laser dẫn nhiệt và lỗ khoá
| Tiêu chí | Chế độ dẫn nhiệt | Chế độ lỗ khoá |
|---|---|---|
| Mật độ công suất điển hình, theo TWI [1] | Dưới khoảng 10⁵ W/cm² | Trên khoảng 10⁶–10⁷ W/cm² |
| Tia bị hấp thụ ở đâu [1] | Chỉ ở bề mặt vật liệu, không xuyên vào | Vật liệu trên đường tia nóng chảy rồi bay hơi trước khi nhiệt kịp dẫn đi |
| Kim loại lỏng có bay hơi không | Mật độ năng lượng quá thấp để bay hơi đáng kể [3] | Có; hơi hoặc plasma giãn nở góp phần giữ thành lỗ không sụp vào [1] |
| Hình dạng mối hàn [1] | Tỷ lệ rộng trên sâu lớn | Tỷ lệ sâu trên rộng lớn |
| Rỗ khí gắn với chính chế độ hàn, theo TWI [2] | Nguồn đã kiểm không nêu | Có, khi lỗ khoá mất ổn định và sụp, nhốt khí lại |
| Đánh giá mức khuyết tật | ISO 13919-1:2019, chung cho mối hàn laser và chùm điện tử | Như cột bên trái |
Nguồn [1]–[6] ghi ở khối "Nguồn và giới hạn", tra ngày 11/09/2026. Hai ngưỡng mật độ công suất là ngưỡng điển hình TWI nêu, không phải hằng số vật liệu. Dòng "bay hơi" của chế độ dẫn nhiệt lấy từ một nghiên cứu mô phỏng nóng chảy điểm của TU Delft trên hợp kim sắt.
Mật độ công suất đổi cơ chế: hấp thụ ở mặt hay mở một lỗ hơi
TWI chia hàn laser thành hai chế độ khác nhau về bản chất: hàn giới hạn bởi dẫn nhiệt và hàn lỗ khoá [1]. Thứ quyết định chế độ là mật độ công suất, tức công suất chia cho diện tích vết tia trên vật liệu. Vì là phép chia, cùng một nguồn laser vẫn cho hai mật độ công suất khác nhau khi vết tia to nhỏ khác nhau; TWI mô tả chế độ lỗ khoá xuất hiện khi tia được hội tụ thành vết đủ nhỏ để đạt mật độ công suất điển hình trên 10⁶–10⁷ W/cm² [1].
Ở mật độ công suất thấp, tia chỉ bị hấp thụ ở bề mặt và không xuyên vào vật liệu [1]. Nhiệt đi vào kim loại bằng dẫn nhiệt, nên TWI ghi mối hàn dẫn nhiệt hay có tỷ lệ rộng trên sâu lớn [1]. Nghiên cứu mô phỏng của TU Delft nêu điều kiện của chế độ này: mật độ năng lượng quá thấp để kim loại lỏng bay hơi đáng kể [3].
Khi mật độ công suất đủ cao, vật liệu trên đường tia không chỉ chảy mà bay hơi trước khi một lượng nhiệt đáng kể kịp dẫn đi [1]. Hơi hoặc plasma giãn nở góp phần ngăn thành kim loại lỏng sụp vào khoang, giữ lỗ khoá mở; kết quả là mối hàn có tỷ lệ sâu trên rộng lớn [1].
Lỗ khoá sụp: nguồn rỗ khí riêng của chế độ hàn sâu
Hơi kim loại giữ lỗ khoá mở, nhưng thế cân bằng đó không chắc chắn. TWI ghi rỗ khí trong mối hàn laser thép kết cấu có thể sinh ra khi lỗ khoá mất ổn định và sụp, nhốt khí lại [2]. Cách TWI nêu để tránh: kiểm soát đủ tốt luồng khói hoặc plasma thì lỗ khoá ổn định hơn, tránh được những lần sụp bất thường [2].
Ca biên cần biết: mối hàn ngấu một phần dễ rỗ hơn mối hàn ngấu hết, vì đường thoát của bọt khí bị hạn chế hơn [2]. Cách hiểu của bài: khi mối hàn ngấu hết chiều dày, khí còn lối ra ở mặt đáy; nguồn chỉ ghi "đường thoát bị hạn chế", không mô tả hướng thoát.
Một bài báo trên PMC về hàn lai laser và hồ quang GMAW hợp kim nhôm dẫn lại nghiên cứu trước quy việc hình thành bọt khí cho sự co và sụp đột ngột của lỗ khoá, và ghi tăng công suất hồ quang làm giảm được số bọt khí do sụp lỗ khoá ở một mức độ [4]. Đó là kết quả của hàn lai trên nhôm, không áp thẳng cho hàn laser đơn.
Ba mẹo sai về hai chế độ hàn laser
Mẹo sai 1: "Hàn lỗ khoá có hơi kim loại đẩy khí ra nên không bao giờ rỗ." TWI ghi chính việc lỗ khoá mất ổn định và sụp là một nguyên nhân nhốt khí thành rỗ [2].
Mẹo sai 2: "Hàn ngấu nửa chừng thì ít rỗ hơn hàn ngấu thấu." TWI ghi ngược lại: mối hàn ngấu một phần dễ rỗ hơn, vì bọt khí ít đường thoát [2].
Mẹo sai 3: "Có một con số W/cm² cố định chia đôi hai chế độ." TWI dùng chữ "typically" cho cả hai ngưỡng [1], giữa hai ngưỡng còn một khoảng TWI không mô tả, và bài tổng quan trên PMC ghi dải mật độ công suất lỗ khoá 10⁴–10¹² W/mm², khác đơn vị và rộng hơn nhiều [5].
Bảng quyết định: thấy gì trên mẫu hàn thì hiểu gì
| Thấy trên mẫu hàn hoặc tại máy | Hiểu và làm gì | Căn cứ |
|---|---|---|
| Cắt ngang mẫu, tẩm thực: vùng chảy rộng hơn sâu | Đang ở chế độ dẫn nhiệt | [1] |
| Cắt ngang mẫu: vùng chảy hẹp, sâu hơn rộng | Đang ở chế độ lỗ khoá | [1] |
| Cần ngấu sâu hơn nhưng vùng chảy vẫn nông và rộng | Mật độ công suất chưa tới chế độ lỗ khoá; xem lại kích thước vết tia, vì cùng công suất mà vết to thì mật độ thấp | [1] |
| Vừa đổi thấu kính hoặc khoảng cách hội tụ | Vết tia đổi thì mật độ công suất đổi; cắt mẫu kiểm lại chế độ | [1] |
| Mối hàn lỗ khoá có rỗ khí trên phim chụp hoặc mặt cắt | Nghi lỗ khoá mất ổn định; xem lại cách kiểm soát khói, plasma | [2] |
| Rỗ tập trung ở mối hàn ngấu một phần | Xét phương án ngấu hết nếu kết cấu cho phép | [2] |
| Mặt sau mối hàn bị ôxy hoá | Bảo vệ chân mối hàn bằng khí từ phía đối diện | [6] |
| Cần phân mức chấp nhận rỗ và khuyết tật | Đánh giá theo ISO 13919-1:2019 hoặc tiêu chuẩn hợp đồng quy định | Tiêu chuẩn |
Nguồn và giới hạn
Tra ngày 11/09/2026. Các câu dẫn đã được đối chiếu trên văn bản tải trực tiếp từ trang gốc.
- [1] TWI, What is Laser Welding and How Does it Work?: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-how-does-laser-welding-work — hai chế độ hàn; ngưỡng mật độ công suất điển hình; hấp thụ bề mặt; bay hơi và vai trò của hơi, plasma; tỷ lệ rộng và sâu.
- [2] TWI, Avoiding common defects in laser welding structural steels: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-are-the-common-defects-in-laser-welding-of-structural-steels-and-how-do-i-avoid-them — rỗ khí do lỗ khoá sụp; kiểm soát khói, plasma; ngấu một phần dễ rỗ hơn.
- [3] Ebrahimi, Kleijn, Richardson (TU Delft), Numerical Study of Molten Metal Melt Pool Behaviour during Conduction-mode Laser Spot Melting, arXiv:2011.07415: https://arxiv.org/pdf/2011.07415 — chế độ dẫn nhiệt không bay hơi đáng kể; mô phỏng trên hợp kim sắt.
- [4] Influence of Arc Power on Keyhole-Induced Porosity in Laser + GMAW Hybrid Welding of Aluminum Alloy, Materials (MDPI), bản toàn văn trên PMC: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6515440/ — bọt khí do lỗ khoá co và sụp; ảnh hưởng của công suất hồ quang trong hàn lai.
- [5] Review and Analysis of Modern Laser Beam Welding Processes, Materials (MDPI), bản toàn văn trên PMC: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11433298/ — dải mật độ công suất chế độ lỗ khoá tính theo W/mm².
- [6] TWI, What are the benefits of using lasers for welding?: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-are-the-benefits-of-using-lasers-for-welding — hàn ở áp suất khí quyển, khí bảo vệ chống ôxy hoá, bảo vệ chân mối hàn từ phía đối diện; bề dày thép hàn được.
- Tiêu chuẩn, chỉ dẫn tên và số hiệu: ISO 13919-1:2019 Electron and laser-beam welded joints — Requirements and recommendations on quality levels for imperfections — Part 1: Steel, nickel, titanium and their alloys (tên đối chiếu tại sis.se). Tài liệu trả phí; bài không trích trị số.
Bảng này không dùng cho:
- Ngưỡng mật độ công suất chính xác của một vật liệu hay một máy cụ thể: nguồn chỉ cho ngưỡng điển hình.
- Tỷ lệ sâu trên rộng làm ranh giới giữa hai chế độ: chưa có nguồn.
- Chọn công suất nguồn laser cho một bề dày: đó là số theo cấu hình máy, bài không đưa.
- Hàn lai laser và hồ quang: [4] là một nghiên cứu trên nhôm.
Không xác định được từ bài này: mối hàn đang nằm ở khoảng giữa hai ngưỡng điển hình thì thuộc chế độ nào — chỉ mặt cắt mẫu hàn trả lời được.
Cần chính xác hơn: vì sao bước sóng quyết định kim loại nhận năng lượng laser tốt hay kém ở cắt laser fiber và CO2; nhận biết rỗ khí, không ngấu ở khuyết tật mối hàn.
Câu hỏi thường gặp
Hàn laser là gì? Là quá trình dùng tia laser hội tụ làm nguồn nhiệt tập trung để nóng chảy và nối kim loại. TWI chia hàn laser thành hai chế độ khác nhau về bản chất: dẫn nhiệt, khi tia chỉ bị hấp thụ ở bề mặt, và lỗ khoá, khi kim loại bay hơi mở một lỗ hẹp.
Hàn laser keyhole là gì? Là chế độ hàn lỗ khoá: tia được hội tụ thành vết đủ nhỏ để mật độ công suất điển hình trên 10⁶–10⁷ W/cm², kim loại trên đường tia bay hơi, hơi và plasma giữ lỗ mở, cho mối hàn sâu hơn rộng, theo TWI.
Hàn laser dẫn nhiệt là gì? Là chế độ có mật độ công suất điển hình dưới 10⁵ W/cm²: tia chỉ bị hấp thụ ở bề mặt, nhiệt đi vào kim loại bằng dẫn nhiệt, mối hàn hay rộng hơn sâu, theo TWI.
Vì sao hàn laser bị rỗ khí? TWI nêu một nguyên nhân gắn với chế độ lỗ khoá: lỗ khoá mất ổn định và sụp, nhốt khí lại. Kiểm soát tốt khói hoặc plasma giúp lỗ khoá ổn định hơn; mối hàn ngấu một phần dễ rỗ hơn mối hàn ngấu hết.
Hàn laser có cần khí không? TWI ghi hàn laser làm ở áp suất khí quyển, nhưng khí bảo vệ hay phải có để chống ôxy hoá mối hàn, và có khi phải bảo vệ chân mối hàn từ phía đối diện.
Hàn laser hàn được thép dày bao nhiêu? TWI lấy ví dụ thép: từ dưới 1 mm tới khoảng 30 mm, tuỳ loại và công suất laser. Con số theo từng cấu hình máy bài không đưa.