1. Wprowadzenie
Spawanie laserowe zajmuje ważną pozycję w produkcji przemysłowej o wysokiej precyzji i wysokiej wydajności. Jednak w dążeniu do wyższej wydajności spawania i grubszego połączenia materiałowego spawanie laserowe o wysokim - napotkało wąskie gardła. Silne pióropusze w osoczu, gwałtownie ubijające stopione pule i rozpryski ograniczają dalszą ekspansję jego zastosowania. W tym kontekście badacze zwrócili uwagę na specjalne środowisko procesowe - próżni. Technologia spawania laserowego próżni łączy lasery mocy wysoko - o niskim - środowiskach ciśnienia, aby osiągnąć większą głębokość penetracji. Dzięki szybkiemu rozwojowi laserów mocy wysokich - w ostatnich latach technologia ta zapoczątkowała nowe życie, wykazując doskonałą wartość badawczą i potencjał aplikacji.
2. Porównanie spawania laserowego próżniowego i spawania laserowego
W porównaniu z tradycyjnym spawaniem laserowym w środowisku atmosferycznym spawanie laserowe w środowisku ciśnienia próżniowego lub niskiego - ulegnie podstawowym zmianom procesu fizycznego i spawania. Najważniejszą zaletą jest gwałtowny wzrost głębokości spawania. Duża ilość danych eksperymentalnych pokazuje, że wraz ze spadkiem ciśnienia otoczenia głębokość penetracji spawania znacznie wzrośnie, a w określonych warunkach może osiągnąć dwa razy lub nawet więcej niż w środowisku atmosferycznym. Ta poprawa ma odstęp „ciśnienia krytycznego”, zwykle między 0,1 kPa a 10 kPa. Gdy ciśnienie otoczenia jest niższe niż ten próg, rosnący trend głębokości penetracji będzie nasycony, a nawet nieznacznie zmniejszony. Dlatego spawanie laserowe próżniowe może osiągnąć głębokość penetracji około 50 mm przy mocy laserowej 16 kW, która jest daleko poza spawaniem w środowisku atmosferycznym i osiąga poziom podobny do spawania wiązki elektronów, ale wymagany stopień próżniowy to dwa rzędy wielkości niższe niż w przypadku spawania wiązki elektronów. Jednocześnie geometria spoiny jest również znacznie zoptymalizowana, staje się głębsza i węższa, tworząc głęboką i równoległą morfologię spoiny podobną do geldingu wiązki elektronowej. Ten efekt pogłębiania jest szczególnie oczywisty, gdy spawanie przy niskich do średnich prędkościach (około 3,0 m/min lub mniej), a gdy prędkość spawania przekracza 4 m/min, wpływ ciśnienia otoczenia staje się znikomy.
Środowisko próżniowe zasadniczo rozwiązuje problem pióropuszu plazmowego w tradycyjnym wysokim spawaniu laserowym. W tradycyjnym spawaniu para metalowa generowana przez działanie lasera i materiału będzie tworzyć wysokie - pióropusz plazmy jasności, który rozprasza, załamuje i wchłania laser padający, tworząc „efekt osłony”, zmniejszając w ten sposób efektywną energię docierającą do robotnika i wpływa na stabilność przyciągającą i przetwarzającą. W środowisku próżniowym, wraz ze spadkiem ciśnienia otoczenia z 101 kPa (ciśnienie atmosferyczne), rozmiar i jasność pióropuszu w osoczu gwałtownie spadają. Gdy ciśnienie spada do 10 kPa, silna luminescencja i rozpryskiwanie zjawiska zasadniczo znika; Gdy ciśnienie jest dalej zmniejszone do 0,1 kPa, pióropusz w osoczu jest prawie całkowicie tłumiony i niewidoczny dla nagiego oka. Zniknięcie osocza oznacza, że energia laserowa może być przekazywana na głębokość przedmiotu obrabianego bardziej stabilnie i wydajnie, dzięki czemu cały proces spawania jest bardziej stabilny.
Ta poprawa stabilności procesu znajduje się bezpośrednio w optymalizacji dynamicznego zachowania stopionej puli i dziurki od klucza, co ostatecznie prowadzi do skoku w jakości spoiny. Wysokie - Obserwacje kamer prędkości wykazały, że w warunkach próżniowych średnia średnica wejścia do dziurki od klucza zmniejszyła się, a stopiony basen stał się węższy i bardziej stabilny. X - Ray Real - Obserwacje czasowe ujawniły, że głębokość dziurki od klucza w próżni znacznie wzrosła, a kąt nachylenia przedniej ściany dziurki przedniej wzrosła. Bardziej stabilny przepływ dziurki od klucza i stopionego puli znacznie zmniejszają defekty spawania, takie jak pory i rozpryski spowodowane zapadnięciem się dziurką od klucza lub gwałtownymi fluktuacjami w stopionej puli, uzyskując w ten sposób porowate spawania o wyższej jakości, gęstej i nie-.
3. Zastosowanie spawania laserowego próżniowego
W oparciu o znaczące zalety stabilnego procesu, żadnych rozprysków i wysokiej jakości spawania, chociaż próżniowa technologia spawania laserowego jest nadal na wczesnym etapie aplikacji, wykazała duży potencjał w wysokich - pola produkcyjnego popytu, takich jak przemysł motoryzacyjny. Jest bardzo odpowiedni do produkcji komponentów samochodowych układu napędowego. 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 stawy można uzyskać.
Ponadto technologia ta osiągnęła również poważne przełamy w polu gęstego spawania płyt, otwierając nowy sposób na wydajne, pojedyncze - spawanie płyt do spawania laserowego, które jest tradycyjnie stosowane głównie do cienkich struktur płyt. Spawanie laserowe próżniowe jest w stanie gęste spawanie różnych materiałów, takich jak stal konstrukcyjna, stal nierdzewna, stopy na bazie niklu -, stopy tytanu, a nawet stopy miedzi. Badania pokazują, że przy mocy laserowej 16 kW, stalowa płyta o grubości 50 mm i stopie na bazie niklu 38 mm - można przyspawać z niską prędkością w jednym Go, z dobrym tworzeniem spoiny. Ta potężna zdolność umożliwia bezpośrednie zakwestionowanie pozycji spawania wiązki elektronów w polu gęstego spawania płyt, a także ma dodatkowe zalety, takie jak niższe wymagania próżniowe i brak problemów z ochroną promieniowania promieniowania promieniowania promieniowania.
Technologia spawania laserowego próżniowego skutecznie pokonuje wąskie gardła, takie jak zakłócenia plazmy i niestabilna stopiona pula w tradycyjnym wysokim - spawanie zasilania poprzez umieszczenie spawania laserowego w niskim środowisku ciśnieniowym. Najważniejszą zaletą tej technologii jest to, że może ona znacznie zwiększyć penetrację spawania, która zwykle może osiągnąć ponad dwa razy większe niż w środowisku atmosferycznym, i tworzyć głębokie i równoległe spoiny podobne do spawania wiązki elektronów, podczas gdy wymagany stopień próżniowy jest znacznie niższy niż w spawaniu wiązki elektronów. Ten skok wydajności wynika z skutecznego tłumienia pióropuszu w osoczu przez środowisko próżniowe, poprawiając w ten sposób wykorzystanie energii i stabilność procesu; Jednocześnie bardziej stabilne zachowanie dynamiczne od klucza i stopioną puli również znacznie zmniejsza wady, takie jak pory i sprysk, i uzyskuje spoiny wyższej jakości. Dzięki tym zaletom próżniowe spawanie laserowe zostało z powodzeniem zastosowane do precyzyjnej produkcji komponentów samochodowych układu napędowego i selystycznych spawania grubych materiałów o grubych materiałach, co pokazuje potencjał wyzwania spawania wiązki elektronów.
