1. Bevezetés
A lézerhegesztés fontos pozíciót foglal el az ipari gyártásban, nagy pontosságával és nagy hatékonyságával. A magasabb hegesztési hatékonyság és a vastagabb anyagkapcsolat elérése során azonban a hagyományos magas - teljesítményű lézerhegesztés szűk keresztmetszeteket tapasztalt. Az erős plazma tollak, az erőszakosan olvadt medencék és a fröccsenés korlátozzák alkalmazásának további bővítését. Ebben az összefüggésben a kutatók a - vákuumra fordították a figyelmüket. A vákuum lézeres hegesztési technológia kombinálja a magas - alacsony - nyomáskörnyezetekkel rendelkező energia -lézereket, hogy nagyobb penetrációs mélységet érjen el. Az utóbbi években a magas - hatalmi lézerek gyors fejlesztésével ez a technológia új életbe került, nagy kutatási értéket és alkalmazáspotenciált mutatva.
2. Összehasonlítás a vákuum lézerhegesztés és a lézerhegesztés között
A légköri környezetben a hagyományos lézerhegesztéssel összehasonlítva a lézerhegesztés vákuumban vagy alacsony - nyomáskörnyezetben alapvető változásokon megy keresztül fizikai folyamatában és hegesztési hatásaiban. A legjelentősebb előnye a hegesztési mélység hirtelen növekedése. Számos kísérleti adat azt mutatja, hogy a környezeti nyomás csökkenésével a hegesztési penetrációs mélység jelentősen növekszik, és bizonyos körülmények között kétszer vagy még inkább elérheti a légköri környezetben. Ennek a javulásnak "kritikus nyomás" intervalluma van, általában 0,1 kPa és 10 kPa között. Ha a környezeti nyomás alacsonyabb, mint ez a küszöb, akkor a penetrációs mélység növekvő tendenciája telített vagy akár kissé csökkent. Ezért a vákuum lézerhegesztés kb. 50 mm -es penetrációs mélységet érhet el 16 kW -os lézerteljesítménynél, amely messze meghaladja a légköri környezet hegesztését, és eléri az elektronnyaláb -hegesztéshez hasonló szintet, de a szükséges vákuumfok két nagyságrendű nagyságrendű, mint az elektronnyaláb -hegesztésnél. Ugyanakkor a hegesztés geometriáját szintén nagymértékben optimalizálják, mélyebbé és keskenyebbé válnak, és mély és párhuzamos morfológiát képeznek az elektronnyaláb -hegesztéshez. Ez a mélyítő hatás különösen nyilvánvaló, ha alacsony és közepes sebességű hegesztés (kb. 3,0 m/perc vagy annál kevesebb), és amikor a hegesztési sebesség meghaladja a 4 m/percet, a környezeti nyomás hatása elhanyagolhatóvá válik.
A vákuumkörnyezet alapvetően megoldja a plazma -tollalási problémát a hagyományos magas - teljesítményű lézerhegesztésben. A hagyományos hegesztés során a lézer és az anyag működésével generált fémgőz magas - fényerő plazma -tollat képez, amely szétszórja, áttöri és elnyeli az incidens lézert, és "árnyékoló hatást" képez, ezáltal csökkentve a munkadarabot elérő tényleges energiát, és befolyásolva az olvadó mélység és a folyamat stabilitását. Vákuumkörnyezetben, mivel a környezeti nyomás 101 kPa -ról (légköri nyomás) csökken, a plazma tollazat mérete és fényereje hirtelen csökken. Amikor a nyomás 10 kPa -ra csökken, az erős lumineszcencia és a fröccsenő jelenség alapvetően eltűnik; Ha a nyomást tovább 0,1 kPa -ra csökkentik, a plazma -tollat szinte teljesen elnyomják és szabad szemmel láthatatlanok. A plazma eltűnése azt jelenti, hogy a lézerenergia stabilan és hatékonyabban továbbadható a munkadarab mélységébe, így a teljes hegesztési folyamat stabilabbá válik.
A folyamatstabilitás javulása közvetlenül tükröződik az olvadt medence és a kulcslyuk dinamikus viselkedésének optimalizálásában, ami végül a hegesztés minőségének ugrását eredményezi. Magas - sebességű kamera megfigyelések azt mutatták, hogy vákuum körülmények között a kulcslyuk bejáratának átlagos átmérője csökkent, és a felszíni olvadt medence keskenyebbé és stabilabbá vált. X - Ray Real - Az időmegfigyelések azt is kiderítették, hogy a vákuum kulcslyuk mélysége jelentősen megnőtt, és a kulcslyuk első falának dőlési szöge növekedett. A stabilabb kulcstartó és az olvadt medence áramlása jelentősen csökkenti a hegesztési hibákat, például a pórusokat és a fröccsöntést, amelyet a kulcslyuk összeomlása vagy az olvadt medence erőszakos ingadozása okoz, ezáltal magasabb minőségű, sűrű és nem - porózus hegesztést kapva.
3. vákuum lézerhegesztés alkalmazása
A stabil folyamat jelentős előnyei, a fröccsöntés és a nagy hegesztés nélküli minőség alapján, bár a vákuum lézerhegesztési technológia továbbra is az alkalmazás korai szakaszában van, nagy potenciált mutatott a magas - keresleti precíziós gyártási területeken, például az autóiparban. Nagyon alkalmas autóipari hajtómű -alkatrészek gyártására. Egyes német kutatóintézetek és vállalatok sikeresen alkalmazták azt az átviteli alkatrészek, például a bolygófegyver -állványok tömegtermelésére, amint azt a 4. ábra mutatja. A vákuum lézerhegesztés révén a maximális behatolási mélységű, 25 mm -es penetrációs mélység precíziós csatlakoztatása egy időben befejezhető, anélkül, hogy az oxidáció és a szúrásszennyeződések meghatalmaznák.
Ezenkívül ez a technológia jelentős áttöréseket ért el a vastag lemezhegesztés területén, új utat nyitva a hatékony, egyetlen - áthaladó vastag lemezhegesztéshez a lézerhegesztéshez, amelyet hagyományosan főként vékony lemezszerkezetekhez használnak. A vákuum lézerhegesztés különféle anyagok vastag lemezhegesztésére képes, például szerkezeti acél, rozsdamentes acél, nikkel - alapú ötvözetek, titánötvözetek és akár rézötvözetek is. A kutatások azt mutatják, hogy a 16 kW lézerteljesítményű, egy 50 mm vastag S690QL acéllemez és egy 38 mm -es nikkel - alapú ötvözet alacsony sebességgel hegeszthető, jó hegesztésképződéssel. Ez a nagy teljesítményű képesség lehetővé teszi, hogy közvetlenül megtámadja az elektronnyaláb -hegesztés helyzetét a vastag lemezhegesztés területén, és további előnyei vannak, mint például az alacsonyabb vákuumkövetelmények és az x - sugaras sugárzás védelme.
A vákuum lézeres hegesztési technológia hatékonyan legyőzi a szűk keresztmetszeteket, például a plazma interferenciát és az instabil olvadt medencét a hagyományos magas - teljesítményhegesztésben azáltal, hogy a lézeres hegesztést alacsony - nyomáskörnyezetbe helyezi. Ennek a technológiának a legjelentősebb előnye, hogy jelentősen növeli a hegesztési behatolást, amely általában több mint kétszeresére érheti el a légköri környezetét, és mély és párhuzamos hegesztést képez az elektronnyaláb -hegesztéshez, míg a szükséges vákuumfok sokkal alacsonyabb, mint az elektronnyaláb -hegesztésnél. Ez a teljesítmény -ugrás annak köszönhető, hogy a plazma -tollat a vákuumkörnyezetben hatékonyan elnyomják, ezáltal javítva az energiafelhasználást és a folyamat stabilitását; Ugyanakkor a stabilabb kulcstartó és az olvadt medence dinamikus viselkedése szintén jelentősen csökkenti a hibákat, például a pórusokat és a fröccsenést, és magasabb színvonalú hegesztést kap. Ezekkel az előnyökkel a vákuum lézerhegesztést sikeresen alkalmazták az autóipari hajtómű -alkatrészek és az egy - vastag lemezek hegesztésére különféle anyagok hegesztésére, megmutatva az elektronnyaláb -hegesztés kihívásának lehetőségét.
