1. Úvod
Laserové svařování zaujímá důležité postavení v průmyslové výrobě s vysokou přesností a vysokou účinností. Ve snaze o vyšší efektivitu svařování a silnějšího spojení materiálu se však tradiční vysoký - narazil na svařovací laserové svařování. Silné chocholy v plazmě, násilně vířící roztavené bazény a rozstřik omezují další rozšíření jeho aplikace. V této souvislosti vědci obrátili svou pozornost na speciální procesní prostředí - vakuum. Technologie svařování vakuového laseru kombinuje vysokou - Power Lasers s nízkým - tlakovým prostředím, aby bylo dosaženo větší hloubky penetrace. S rychlým vývojem vysokých laserů - v posledních letech tato technologie uvedla v novém životě a vykazovala velkou hodnotu výzkumu a potenciál aplikace.
2. Srovnání svařování vakua laseru a laserovým svařováním
Ve srovnání s tradičním laserovým svařováním v atmosférickém prostředí bude laserové svařování ve vakuovém nebo nízkém - tlakové prostředí podrobit základními změnami svého fyzického procesu a svařovacího efektu. Nejvýznamnější výhodou je prudký nárůst hloubky svařování. Velké množství experimentálních údajů ukazuje, že se snižováním okolního tlaku se hloubka penetrace svařování výrazně zvýší a za určitých podmínek může dosáhnout dvakrát nebo dokonce více než v atmosférickém prostředí. Toto zlepšení má interval „kritického tlaku“, obvykle mezi 0,1 kPa a 10 kPa. Když je okolní tlak nižší než tento prahová hodnota, bude rostoucí trend hloubky penetrace nasycený nebo dokonce mírně snížen. Vakuové laserové svařování proto může dosáhnout hloubky penetrace asi 50 mm při laserovém výkonu 16 kW, což je daleko za svařováním v atmosférickém prostředí a dosahuje úrovně podobné úrovni svařování elektronového paprsku, ale požadovaný stupeň vakua je o dva řády nižší velikosti než u svařování elektronového paprsku. Současně je geometrie svaru také velmi optimalizována, prohlubná a užší, vytváří hlubokou a paralelní morfologii svaru podobnou morfologii svařování elektronového paprsku. Tento prohlubující se efekt je zvláště zřejmý, když se svařování při nízkých až středních rychlostech (asi 3,0 m/min nebo méně), a když rychlost svařování přesahuje 4 m/min, vliv okolního tlaku se stává zanedbatelným.
Vakuové prostředí zásadně řeší problém s plazmatickým oblakem v tradičním vysokém - Power Laser Welding. V tradičním svařování bude kovová pára generovaná působením laseru a materiálu tvořit vysoký - plazmatický oblak jasu, který rozptýlí, refraktuje a absorbuje dopadající laser a vytvoří „efekt stínění“, čímž snižuje efektivní energii a ovlivňuje hloubku tavení a stabilitu tavení. Ve vakuovém prostředí, když se okolní tlak snižuje z 101 kPa (atmosférický tlak), velikost a jas plazmatického oblaku prudce klesá. Když tlak klesne na 10 kPa, silná luminiscence a jev rozstřikování v podstatě zmizí; Když je tlak dále snížen na 0,1 kPa, plazmatický oblak je téměř zcela potlačen a neviditelný pouhým okem. Zmizení plazmy znamená, že laserová energie může být přenášena do hloubky obrobku stabilně a efektivněji, což je celý proces svařování stabilnější.
Toto zlepšení stability procesu se přímo odráží v optimalizaci dynamického chování roztaveného bazénu a klíčové dírky, což nakonec vede k skoku v kvalitě svaru. Vysoká - Pozorování rychlosti kamery zjistilo, že za podmínek vakua se průměrný průměr vstupu do klíčové dírky snížil a povrchový roztavený bazén se stal užší a stabilnější. X - ray real - Časová pozorování dále odhalila, že hloubka klíčové dírky ve vakuu se významně zvýšila a úhel sklonu přední stěny klíčové dírky se zvýšil. Stabilnější tok klíčové dírky a roztaveného bazénu výrazně snižuje svařovací defekty, jako jsou póry a rozstřik způsobené kolapsem klíčové dírky nebo násilné fluktuace v roztaveném bazénu, čímž získává vyšší kvalita, husté a ne - porézní svary.
3. Aplikace vakuového laserového svařování
Na základě svých významných výhod stabilního procesu, žádný rozstřik a vysoká kvalita svaru, ačkoli technologie vakuového laserového svařování je stále v raných stádiích aplikace, ukázala velký potenciál ve vysokých - poptávkách přesné výrobní pole, jako je automobilový průmysl. Je velmi vhodný pro výrobu komponent Automotive Ingertrain. Some research institutions and companies in Germany have successfully applied it to the mass production of transmission components such as planetary gear racks, as shown in Figure 4. Through vacuum laser welding, the precision connection of gear components with a maximum penetration depth of 25 mm can be completed at one time without worrying about oxidation and spatter contamination, and defect-free high-quality joints lze získat.
Kromě toho tato technologie také dosáhla hlavních průlomů v oblasti silného svařování destiček a otevírá nový způsob efektivního, jednoho - projít silného svařování desek pro laserové svařování, které se tradičně používá hlavně pro struktury tenkých desek. Vakuové laserové svařování je schopno silného svařování destiček různých materiálů, jako je strukturální ocel, nerezová ocel, nikl -, slitiny, slitiny titanu a dokonce i slitiny mědi. Výzkum ukazuje, že s laserovou silou 16 kW lze ocelovou desku S690QL o tloušťce 50 mm a slitinou založenou na 38 mm nikl - založenou na nízké rychlosti v jedné, s dobrou formací svaru. Tato výkonná schopnost jí umožňuje přímo zpochybnit polohu svařování elektronového paprsku v oblasti svařování silné desky a má také další výhody, jako jsou požadavky na nižší vakuové požadavky a žádné problémy X -.
Technologie vakuového laserového svařování efektivně překonává úzká místa, jako je interference v plazmě a nestabilní roztavený bazén v tradičním vysokých - Power Svařování umístěním laserového svařování do nízkého - tlakového prostředí. Nejvýznamnější výhodou této technologie je to, že může výrazně zvýšit penetraci svařování, která obvykle dosahuje více než dvojnásobku u atmosférického prostředí a vytvářet hluboké a paralelní svary podobné svařování elektronového paprsku, zatímco požadovaný stupeň vakua je mnohem nižší než u svařování elektronového paprsku. Tento výkon výkon je způsoben účinným potlačením plazmatického oblaku vakuovým prostředím, čímž se zlepšuje využití energie a stabilita procesu; Současně stabilnější dynamické chování s klíčovou dírkou a roztavenou bazénou také výrazně snižuje defekty, jako jsou póry a rozstřik, a získává vyšší kvalitní svary. S těmito výhodami bylo vakuové laserové svařování úspěšně aplikováno na přesnou výrobu komponent automobilového pohonu a jednotlivých - Svařování tlustých destiček různých materiálů, což ukazuje na potenciál zpochybnit svařování elektronového paprsku.
