1. Introduktion
Laser svejsning indtager en vigtig position i industriel fremstilling med sin høje præcision og høje effektivitet. I forfølgelsen af højere svejseeffektivitet og tykkere materialeforbindelse har traditionel høj - strømlaser svejsning imidlertid stødt på flaskehalse. Stærke plasma plumes, voldsomt at kaste smeltede puljer, og sprøjte begrænser den yderligere udvidelse af dens anvendelse. I denne sammenhæng har forskere henvendt sig til et specielt procesmiljø - vakuum. Vakuumlasersvejsningsteknologi kombinerer høje - effektlasere med lave - trykmiljøer for at opnå større penetrationsdybde. Med den hurtige udvikling af høje - strømlasere i de senere år har denne teknologi indledt et nyt liv, der viser stor forskningsværdi og applikationspotentiale.
2. Sammenligning mellem vakuumlaser svejsning og laser svejsning
Sammenlignet med traditionel lasersvejsning i atmosfærisk miljø vil laser svejsning i vakuum eller lav - trykmiljø gennemgå grundlæggende ændringer i dens fysiske proces og svejseeffekt. Den mest betydningsfulde fordel er den skarpe stigning i svejsedybde. En stor mængde eksperimentelle data viser, at når det omgivende tryk falder, vil svejseindtrængningsdybden stige markant, og under visse betingelser kan den nå to gange eller endda mere end det i atmosfærisk miljø. Denne forbedring har et "kritisk tryk" -interval, normalt mellem 0,1 kPa og 10 kPa. Når omgivelsestrykket er lavere end denne tærskel, vil den stigende tendens i penetrationsdybden blive mættet eller endda lidt reduceret. Derfor kan vakuumlasersvejsning opnå en penetrationsdybde på ca. 50 mm ved en laserkraft på 16 kW, hvilket er langt ud over svejsningen i det atmosfæriske miljø og når et niveau, der ligner det for elektronstrålesvejsning, men den krævede vakuumgrad er to størrelsesordener, der er lavere end elektronbjælke -svejsning. På samme tid er svejsens geometri også meget optimeret og bliver dybere og smalere og danner en dyb og parallel svejsemorfologi svarende til den for elektronstråle svejsning. Denne uddybende virkning er især åbenlyst, når svejsning ved lave til mellemhastigheder (ca. 3,0 m/min eller mindre), og når svejsehastigheden overstiger 4 m/min, bliver påvirkningen af det omgivende tryk ubetydelig.
Vakuummiljøet løser grundlæggende plasmaplumeproblemet i traditionel høj - strømlaser svejsning. Ved traditionel svejsning vil metaldampen genereret af virkningen af laser og materiale danne en høj - lysstyrkeplasma -plume, som vil sprede, nedbryde og absorbere den indfaldende laser, der danner en "afskærmningseffekt", hvilket reducerer den effektive energi, der når arbejdsgruppen og påvirker smeltedybden og processtabiliteten. I et vakuummiljø, når det omgivende tryk falder fra 101 kPa (atmosfærisk tryk), falder størrelsen og lysstyrken af plasma -plummen kraftigt. Når trykket falder til 10 kPa, forsvinder den stærke luminescens og spredende fænomen dybest set; Når trykket reduceres yderligere til 0,1 kPa, undertrykkes og er plasmaplugeren næsten fuldstændigt undertrykt og usynligt for det blotte øje. Forsvinden af plasma betyder, at laserenergien kan overføres til dybden af emnet mere stabilt og effektivt, hvilket gør hele svejsningsprocessen mere stabil.
Denne forbedring af processtabilitet afspejles direkte i optimering af den smeltede pool og nøglehullets dynamiske opførsel, hvilket i sidste ende fører til et spring i svejsekvalitet. Høj - hastighedskameraobservationer fandt, at under vakuumbetingelser faldt den gennemsnitlige diameter af nøglehulsindgangen, og overfladen smeltet pool blev smalere og mere stabil. X - stråle ægte - Tidobservationer afslørede endvidere, at nøglehulsdybden i vakuum steg markant, og hældningsvinklen på nøglehullets frontvæg steg. Mere stabilt nøglehul og smeltet poolstrøm reducerer svejsefejl, såsom porer og sprøjt forårsaget af nøglehulskollaps eller voldelige svingninger i den smeltede pool, hvilket opnås højere kvalitet, tæt og ikke - porøse svejsninger.
3. Anvendelse af vakuumlaser svejsning
Baseret på dets betydelige fordele ved stabil proces, ingen sprøjt og høj svejsekvalitet, selvom vakuumlaser svejsningsteknologi stadig er i de tidlige stadier af anvendelsen, har det vist et stort potentiale i høj - efterspørgsel efter præcisionsproduktionsfelter som bilindustrien. Det er meget velegnet til fremstilling af bilindustriens drivkraftkomponenter. Nogle forskningsinstitutioner og virksomheder i Tyskland har med succes anvendt det til masseproduktionen af transmissionskomponenter, såsom planetariske redskaber, som vist i figur 4. gennem vakuumlaser svejsning, præcisionsforbindelsen af gearkomponenter med en maksimal penetrationsdybde på 25 mm kan afsluttes på et tidspunkt uden at bekymre sig om oxidation og spatterforurening og defekt - fri høj opnået.
Derudover har denne teknologi også opnået store gennembrud inden for tyk pladesvejsning, hvilket åbner en ny måde for effektiv, enkelt - Pass tyk pladesvejsning til laser svejsning, som traditionelt hovedsageligt bruges til tynde pladestrukturer. Vakuumlaser svejsning er i stand til tyk pladesvejsning af forskellige materialer, såsom strukturelt stål, rustfrit stål, nikkel - baseret legeringer, titanlegeringer og endda kobberlegeringer. Forskning viser, at med en laserkraft på 16 kW kan en 50 mm tyk S690QL stålplade og en 38 mm nikkel - baseret legering svejses igennem ved lav hastighed på én gang med god svejsedannelse. Denne kraftfulde kapacitet gør det muligt for den direkte at udfordre placeringen af elektronstråle svejsning inden for tyk pladesvejsning og har også yderligere fordele såsom lavere vakuumkrav og ingen x - strålingsbeskyttelsesproblemer.
Vakuumlasersvejsningsteknologi overvinder effektivt flaskehalse, såsom plasmainterferens og ustabil smeltet pool i traditionelt højt - strømsvejsning ved at placere laser svejsning i en lav - trykmiljø. Den mest betydningsfulde fordel ved denne teknologi er, at den i høj grad kan øge svejsningspenetrationen, som normalt kan nå mere end det dobbelte af det atmosfæriske miljø, og danne dybe og parallelle svejsninger, der ligner elektronstrålesvejsning, mens den krævede vakuumgrad er meget lavere end for elektronstrålesvejsning. Dette præstationsspring skyldes den effektive undertrykkelse af plasmaplume ved vakuummiljøet og forbedrer derved energiudnyttelse og processtabilitet; På samme tid reducerer den mere stabile nøglehul og den smeltede pool -dynamiske opførsel også i høj grad defekter såsom porer og sprøjter og får svejsninger af højere kvalitet. Med disse fordele er vakuumlasersvejsning med succes anvendt til præcisionsfremstilling af biltrækkekomponenter og enkelt - Pass svejsning af tykke plader af forskellige materialer, der viser potentialet til at udfordre elektronstrålebjælke svejsning.
