1. Innledning
Lasersveising inntar en viktig posisjon i industriell produksjon med sin høye presisjon og høye effektivitet. I jakten på høyere sveiseeffektivitet og tykkere materialforbindelse har imidlertid tradisjonell høy - strømlasersveising møtt flaskehalser. Sterke plasma -plumes, voldsomt knurrende smeltede bassenger, og sprut begrenser den ytterligere utvidelsen av anvendelsen. I denne sammenhengen har forskere vendt oppmerksomheten mot et spesielt prosessmiljø - vakuum. Vakuumlaser -sveiseteknologi kombinerer høy - strømlasere med lave - trykkmiljøer for å oppnå større penetrasjonsdybde. Med den raske utviklingen av høy - kraftlasere de siste årene har denne teknologien innledet et nytt liv, og viser stor forskningsverdi og applikasjonspotensial.
2. Sammenligning mellom vakuumlasersveising og lasersveising
Sammenlignet med tradisjonell lasersveising i atmosfærisk miljø, vil lasersveising i vakuum eller lavt - trykkmiljø gjennomgå grunnleggende endringer i dens fysiske prosess og sveiseeffekt. Den viktigste fordelen er den kraftige økningen i sveisedybde. En stor mengde eksperimentelle data viser at når omgivelsestrykket avtar, vil sveiseinntrengningsdybden øke betydelig, og under visse forhold kan den nå to ganger eller enda mer enn i atmosfærisk miljø. Denne forbedringen har et "kritisk trykk" -intervall, vanligvis mellom 0,1 kPa og 10 kPa. Når omgivelsestrykket er lavere enn denne terskelen, vil den økende trenden med penetrasjonsdybden bli mettet eller til og med litt redusert. Derfor kan vakuumlasersveising oppnå en penetrasjonsdybde på omtrent 50 mm ved en laserkraft på 16 kW, som er langt utenfor sveisingen i det atmosfæriske miljøet og når et nivå som ligner på elektronstrålesveising, men den nødvendige vakuumgraden er to størrelsesordrer lavere enn den for elektronstrålesveising. Samtidig er også geometrien til sveisen optimalisert, og blir dypere og smalere, og danner en dyp og parallell sveisemorfologi som ligner på elektronstrålesveising. Denne utdypende effekten er spesielt åpenbar når sveising i lave til middels hastigheter (ca. 3,0 m/min eller mindre), og når sveisehastigheten overstiger 4 m/min, blir påvirkningen av omgivelsestrykket ubetydelig.
Vakuummiljøet løser fundamentalt plasma -plume -problemet i tradisjonell høy - strømlasersveising. I tradisjonell sveising vil metalldampen generert av virkningen av laser og materiale danne en høy - lysstyrkeplasmapleie, som vil spre, bryte og absorbere den innfallende laseren, danne en "skjermingseffekt", dermed redusere den effektive energien når arbeidsstykket og påvirke smeldybden og prosessen. I et vakuummiljø, når omgivelsestrykket avtar fra 101 kPa (atmosfæretrykk), reduseres størrelsen og lysstyrken på plasma -plommen kraftig. Når trykket synker til 10 kPa, forsvinner det sterke luminescens og sprutende fenomenet i utgangspunktet; Når trykket reduseres ytterligere til 0,1 kPa, blir plasma -plommen nesten fullstendig undertrykt og usynlig for det blotte øye. Plasmaets forsvinning betyr at laserenergien kan overføres til dybden på arbeidsstykket mer stabilt og effektivt, noe som gjør hele sveiseprosessen mer stabil.
Denne forbedringen i prosessstabilitet gjenspeiles direkte i optimaliseringen av den dynamiske oppførselen til det smeltede bassenget og nøkkelhullet, som til slutt fører til et sprang i sveisekvalitet. Høye - hastighetskameraobservasjoner fant at under vakuumforhold reduserte den gjennomsnittlige diameteren på nøkkelhullsinngangen, og overflaten smeltet bassenget ble smalere og mer stabil. X - ray real - Tidsobservasjoner avslørte videre at nøkkelhullsdybden i vakuum økte betydelig, og hellingsvinkelen til nøkkelhulls foranveggen økte. Mer stabilt nøkkelhull og smeltet bassengstrøm reduserer sveisedefekter som porene og sprut forårsaket av nøkkelhullskollaps eller voldelige svingninger i det smeltede bassenget, og oppnår dermed høyere kvalitet, tette og ikke - porøse sveiser.
3. Påføring av vakuumlasersveising
Basert på dens betydelige fordeler med stabil prosess, ingen sprut og høy sveisekvalitet, selv om vakuumlasersveiseteknologi fremdeles er i de tidlige fasen av anvendelsen, har det vist et stort potensial i høy - etterspørselspresisjonsproduksjonsfelt som bilindustrien. Det er veldig egnet for fremstilling av bilkomponenter. Noen forskningsinstitusjoner og selskaper i Tyskland har vellykket brukt det på masseproduksjonen av overføringskomponenter som planetariske girstativer, som vist i figur 4. Gjennom vakuumlasersveising kan presisjonstilkoblingen av girkomponenter med en maksimal peneringsdybde på 25 mm fullføres på en gang uten å bekymre deg for oksidasjon og spatter {{} {{} oppnås.
I tillegg har denne teknologien også oppnådd store gjennombrudd i feltet med tykke platesveising, og åpnet en ny måte for effektiv, enkelt - Pass tykk platesveising for lasersveising, som tradisjonelt er hovedsakelig brukt til tynne platestrukturer. Vakuumlasersveising er i stand til tykk platesveising av forskjellige materialer som strukturell stål, rustfritt stål, nikkel - baserte legeringer, titanlegeringer og til og med kobberlegeringer. Forskning viser at med en laserkraft på 16 kW, kan en 50 mm tykk S690QL stålplate og en 38 mm nikkel - -basert legering sveises gjennom med lav hastighet på en gang, med god sveisedannelse. Denne kraftige muligheten gjør det mulig for den å direkte utfordre posisjonen til elektronstrålesveising i feltet tykk platesveising, og har også flere fordeler som lavere vakuumkrav og ingen X - RAY -strålingsbeskyttelsesproblemer.
Vakuumlaser -sveiseteknologi overvinner effektivt flaskehalser som plasma -interferens og ustabil smeltet basseng i tradisjonell høy - kraftsveising ved å plassere lasersveising i et lavt - trykkmiljø. Den viktigste fordelen med denne teknologien er at den i stor grad kan øke sveisegjerningen, som vanligvis kan nå mer enn det dobbelte av det atmosfæriske miljøet, og danne dype og parallelle sveiser som ligner på elektronstrålesveising, mens den nødvendige vakuumgraden er mye lavere enn for elektronstrålesveising. Dette ytelses spranget skyldes effektiv undertrykkelse av plasma -plommen av vakuummiljøet, og forbedrer dermed energiutnyttelse og prosessstabilitet; Samtidig reduserer den mer stabile nøkkelhullet og smeltede bassengets dynamiske oppførsel også sterkt feil som porer og sprut, og oppnår sveiser av høyere kvalitet. Med disse fordelene har vakuumlasersveising blitt brukt på presisjonsproduksjonen av bilkomponenter og enkelt - Pass -sveising av tykke plater med forskjellige materialer, og viser potensialet til å utfordre elektronstrålesveising.
