1. Введение
Лазерная сварка занимает важную позицию в промышленном производстве с высокой точностью и высокой эффективностью. Однако в стремлении к более высокой эффективности сварки и более толстого материального соединения, традиционная высокая - мощная лазерная сварка столкнулась с узкими местами. Сильные плазменные пьесы, сильно взбивая расплавленные пулы и брызги ограничивают дальнейшее расширение его применения. В этом контексте исследователи обратили свое внимание на вакуум специального процесса -. Вакуумная лазерная сварка технология объединяет высокие - мощные лазеры с низким - средами давления для достижения большей глубины проникновения. С быстрой разработкой High - Power Lasers в последние годы эта технология открыла новую жизнь, демонстрируя отличную исследовательскую ценность и потенциал применения.
2. Сравнение вакуумной лазерной сварки и лазерной сварки
По сравнению с традиционной лазерной сваркой в атмосферной среде, лазерная сварка в вакууме или низкой - среде давления будет подвергаться фундаментальным изменениям в его физическом процессе и эффекте сварки. Наиболее значительным преимуществом является резкое увеличение глубины сварки. Большое количество экспериментальных данных показывает, что по мере уменьшения давления окружающей среды глубина проникновения сварки значительно увеличится, и при определенных условиях оно может достигать в два или даже больше, чем в атмосферной среде. Это улучшение имеет интервал «критического давления», обычно от 0,1 кПа до 10 кПа. Когда давление окружающей среды ниже этого порога, увеличение тенденции глубины проникновения будет насыщено или даже слегка уменьшено. Следовательно, вакуумная лазерная сварка может достичь глубины проникновения около 50 мм при лазерной мощности 16 кВт, что далеко за пределами сварки в атмосферной среде и достигает уровня, аналогичного уровню сварки электронного луча, но требуемая вакуумная степень на два порядка меньше, чем у сварки электронного луча. В то же время геометрия сварного шва также значительно оптимизирована, становясь глубже и более узкой, образуя глубокую и параллельную морфологию сварного шва, похожая на героя электронного луча. Этот углубляющий эффект особенно очевиден при сварке на низких или средних скоростях (от 3,0 м/мин или меньше), и когда скорость сварки превышает 4 м/мин, влияние давления окружающей среды становится незначительным.
Вакуумная среда в корне решает проблему плазменного шлейфа в традиционной высокой сварке с мощностью. В традиционной сварке металлический пары, созданный действием лазера и материала, образует высокую плазменную шлейф с яркости {2}, который будет разбросан, преломляет и поглощает падающий лазер, образуя «экранирующий эффект», тем самым уменьшая эффективную энергию, достигающую проработкой и влияя на глубину плавления и стабильности процесса. В вакуумной среде, поскольку давление окружающей среды уменьшается от 101 кПа (атмосферное давление), размер и яркости плазменного шлейфа резко уменьшаются. Когда давление падает до 10 кПа, сильное явление свечения и разбрызгивания в основном исчезает; Когда давление дополнительно уменьшается до 0,1 кПа, плазменный шлейф практически полностью подавлен и невидим для невооруженного глаза. Исчезновение плазмы означает, что лазерная энергия может быть передана на глубину заготовки более стабильно и эффективно, что делает весь процесс сварки более стабильными.
Это улучшение в стабильности процесса напрямую отражается в оптимизации динамического поведения расплавленного пула и замочной скважины, что в конечном итоге приводит к скачке в качестве сварного шва. Высокий - Скорость камеры наблюдения обнаружили, что в условиях вакуума средний диаметр входа в замочную скважину уменьшился, а поверхностный расплавленный бассейн стал более узким и стабильным. X - ray Real - Время наблюдения далее показало, что глубина замочной скважины в вакууме значительно увеличилась, а угол наклона передней стенки замочной скважины увеличился. Более стабильный поток замочной скважины и расплавленного бассейна значительно уменьшает сварные дефекты, такие как поры и брызги, вызванные коллапсом замочной скважины или насильственными колебаниями в расплавленном пуле, тем самым получая более высокое качество, плотное и не - пористые сварки.
3. Применение вакуумной лазерной сварки
Основываясь на его значительных преимуществах стабильного процесса, отсутствия высокого качества сварки, хотя технология вакуумного лазерного сварки все еще находится на ранних стадиях применения, она демонстрирует большой потенциал в высоком - точности спроса, таких как автомобильная промышленность. Он очень подходит для производства компонентов автомобильной трансмиссии. Некоторые исследовательские учреждения и компании в Германии успешно применили его к массовому производству компонентов передачи, таких как планетарные стеллажи, как показано на рисунке 4. Через вакуумную лазерную сварку, точное соединение компонентов передачи с максимальной глубиной проникновения 25 мм может быть завершено в одно время, не беспокоясь о окислении и контакте Spatter, и Defect; быть полученным.
Кроме того, эта технология также достигла серьезных прорывов в поле сварки толстой пластины, открыв новый способ для эффективной, одиночной -, пропускающей толстую сварку для лазерной сварки, которая традиционно используется в основном для тонких пластинчатых конструкций. Вакуумная лазерная сварка способна к толстой пластинке различных материалов, таких как конструкционная сталь, нержавеющая сталь, никель - на основе сплавов, титановых сплавов и даже медных сплавов. Исследования показывают, что при лазерной мощности 16 кВт, стальной пластины S690QL толщиной 50 мм и сплавой на основе 38 мм - на основе на основе низкой скорости за один ход с хорошим образованием сварного шва. Эта мощная способность позволяет ему непосредственно оспаривать положение сварки электронного луча в поле сварки толстой пластины, а также имеет дополнительные преимущества, такие как требования к более низким вакуумам и нет x - проблем защиты от луча.
Технология вакуумной лазерной сварки эффективно преодолевает узкие места, такие как плазменные интерференции и нестабильный расплавленный бассейн в традиционной высокой - сварки мощности путем размещения лазерной сварки в низкую среду давления-. Наиболее значительным преимуществом этой технологии является то, что она может значительно увеличить проникновение сварки, которое обычно может достигать более чем в два раза больше, чем в атмосферной среде, а также образовывать глубокие и параллельные сварные швы, аналогичные сварке электронного луча, в то время как необходимая вакуумная степень намного ниже, чем у сварки электронного луча. Этот скачок производительности связан с эффективным подавлением плазменного шлейфа вакуумной средой, тем самым улучшая использование энергии и стабильность процесса; В то же время более стабильное динамическое поведение пула и расплавленного пула также значительно снижает дефекты, такие как поры и брызги, и получает сварные швы с более высоким качеством. С этими преимуществами, вакуумная лазерная сварка была успешно применена для точного производства компонентов автомобильной трансмиссии и однократного - пропустить сварку толстых пластин различных материалов, демонстрируя потенциал для оспаривания сварки электронного луча.
