1. Uvod
Lasersko zavarivanje zauzima važan položaj u industrijskoj proizvodnji s velikom preciznošću i visokom učinkovitošću. Međutim, u potrazi za većom učinkovitošću zavarivanja i debljim materijalnim priključkama, tradicionalno visoko - Lasersko zavarivanje napajalo je uska grla. Snažne plazme pljuskove, nasilno probijajući rastopljene bazene i prskanje ograničavaju daljnje širenje njegove primjene. U tom su kontekstu istraživači skrenuli pozornost na posebno okruženje procesa - vakuum. Vakuumska laserska tehnologija zavarivanja kombinira visoke - lasere snage s niskim tlačnim okruženjima - kako bi se postigla veća dubina prodiranja. Posljednjim godinama s brzim razvojem visokog - lasera snage, ova je tehnologija započela novi život, pokazujući veliku istraživačku vrijednost i potencijal primjene.
2. Usporedba između vakuumskog laserskog zavarivanja i laserskog zavarivanja
U usporedbi s tradicionalnim laserskim zavarivanjem u atmosferskom okruženju, lasersko zavarivanje u vakuumu ili niskom - tlačno okruženje proći će temeljne promjene u svom fizičkom procesu i učinka zavarivanja. Najznačajnija prednost je nagli porast dubine zavarivanja. Velika količina eksperimentalnih podataka pokazuje da će se, kako se tlak okoline smanjuje, dubina prodora zavarivanja značajno povećala, a pod određenim uvjetima, može doseći dva puta ili čak više od one u atmosferskom okruženju. Ovo poboljšanje ima interval "kritičnog tlaka", obično između 0,1 kPa i 10 kPa. Kad je ambijentalni tlak niži od ovog praga, povećani trend dubine prodora bit će zasićen ili čak lagano smanjen. Stoga vakuumsko lasersko zavarivanje može postići dubinu prodora od oko 50 mm pri laserskoj snazi od 16 kW, što je daleko više od zavarivanja u atmosferskom okruženju i dostiže razinu sličnu zavarivanju snopa elektrona, ali potrebna je stupanj vakuuma niže od zavarivanja snopa elektrona. Istodobno, geometrija zavara također je uvelike optimizirana, postajući dublja i uže, tvoreći duboku i paralelnu morfologiju zavarivanja sličnu onom zavarivanja elektrona. Taj je učinak produbljivanja posebno očit kada se zavariva pri niskim do srednjim brzinama (oko 3,0 m/min ili manje), a kada brzina zavarivanja prelazi 4 m/min, utjecaj tlaka okoline postaje zanemariv.
Vakuumsko okruženje u osnovi rješava problem s plazma pljuskom u tradicionalnom visokom - laserskom zavarivanju. U tradicionalnom zavarivanju metalna para generirana djelovanjem lasera i materijala formirat će visoki - plazma pljusak plazme, koji će raštrkati, refrakcirati i apsorbirati incidentni laser, tvoreći "oklopljivi učinak", smanjujući na taj način učinkovitu energiju koja dostiže radno mjesto i utječe na stabilnost u odnosu na radno mjesto. U vakuumskom okruženju, kako se tlak okoline smanjuje sa 101 kPa (atmosferski tlak), veličina i svjetlina plazma pljuska naglo se smanjuju. Kad tlak padne na 10 kPa, jaka fenomen luminiscencije i prskanja u osnovi nestaju; Kad se tlak dodatno smanji na 0,1 kPa, plazma pljusak je gotovo potpuno potisnut i nevidljiv golim okom. Nestanak plazme znači da se laserska energija može prenijeti na dubinu radnog komada stabilnijim i učinkovitijim, što cijeli postupak zavarivanja čini stabilnijim.
Ovo poboljšanje stabilnosti procesa izravno se odražava na optimizaciju dinamičkog ponašanja rastaljenog bazena i ključanice, što u konačnici dovodi do skoka kvalitete zavarivanja. Visoka - opažanja kamere brzine otkrila je da se pod vakuumskim uvjetima prosječni promjer ulaza u ključ smanjivao, a površinski rastopljeni bazen postao uže i stabilniji. X - Ray Real - Vremenska opažanja nadalje su otkrila da se dubina ključanice u vakuumu značajno povećala, a kut nagiba prednjeg zida ključanja povećavao se. Stabilniji protok ključanice i rastaljenog bazena uvelike smanjuje oštećenja zavarivanja poput pora i prskanja uzrokovanih kolapsom ključanica ili nasilnim fluktuacijama u rastaljenom bazenu, čime se dobiva veća kvaliteta, gusta i ne - porozni zavarivanje.
3. Primjena vakuumskog laserskog zavarivanja
Na temelju svojih značajnih prednosti stabilnog procesa, bez kvalitete prskanja i visoke zavarivanja, iako je tehnologija vakuumskog laserskog zavarivanja još uvijek u ranim fazama primjene, pokazala je veliki potencijal u visokim - potražnji preciznim proizvodnim poljima kao što je automobilska industrija. Vrlo je prikladan za proizvodnju komponenti automobilskih pogonskog sklopa. Neke istraživačke institucije i tvrtke u Njemačkoj uspješno su je primijenile na masovnu proizvodnju komponenti prijenosa kao što su planetarne stalke za opremu, kao što je prikazano na slici 4., kroz vakuumsko laserska zavarivanje, precizna povezanost komponenti zupčanika s maksimalnom dubinom prodora od 25 mm može se završiti bez ikakvog kontaminacije i proći i defekta. spojevi se mogu dobiti.
Osim toga, ova je tehnologija također postigla velike proboje u polju debelog zavarivanja ploče, otvarajući novi način za učinkovito, pojedinačno - proći zavarivanje debele ploče za lasersko zavarivanje, koje se tradicionalno uglavnom koristi za tanke strukture ploča. Vakuumsko lasersko zavarivanje može se zavarivati s debelim pločama različitih materijala kao što su konstrukcijski čelik, nehrđajući čelik, nikl - legure na temelju legure od titana, pa čak i bakrene legure. Istraživanje pokazuje da se s laserskom snagom od 16 kW, čelična ploča S690QL debljine 50 mm i nikla od 38 mm - legura utemeljena na maloj brzini u jednom potezu, s dobrom formiranjem zavara. Ova moćna sposobnost omogućava mu da izravno ospori položaj zavarivanja elektronskih snopa u polju zavarivanja debele ploče, a također ima i dodatne prednosti kao što su niži zahtjevi za vakuum i bez problema zaštite od zračenja zračenja.
Tehnologija vakuumskog laserskog zavarivanja učinkovito prevladava uska grla poput smetnji u plazmi i nestabilnog rastaljenog bazena u tradicionalnom visokom - zavarivanju snage postavljanjem laserskog zavarivanja u nisko - tlačno okruženje. Najznačajnija prednost ove tehnologije je u tome što može uvelike povećati prodor zavarivanja, što obično može dostići više od dvostrukog onog u atmosferskom okruženju, a formirati duboke i paralelne zavare slične zavarivanju snopa elektrona, dok je potrebna stupanj vakuuma mnogo niže od zavarivanja elektrona. Ovaj skok performansi nastaje zbog učinkovitog suzbijanja plazma pljuska u vakuumskom okruženju, poboljšavajući na taj način iskorištavanje energije i stabilnost procesa; Istodobno, stabilnije dinamičko ponašanje ključanica i rastopljenog bazena također u velikoj mjeri smanjuje oštećenja poput pore i prskanja, te dobiva veće kvalitete zavarivanja. S ovim prednostima, vakuumsko lasersko zavarivanje uspješno se primjenjuje na preciznu proizvodnju komponenti automobilskih pogonskih sklopova i pojedinačno - proći zavarivanje debelih ploča različitih materijala, pokazujući potencijal za osporavanje zavarivanja elektrona.
