1. Introducere
Sudarea cu laser ocupă o poziție importantă în fabricarea industrială, cu o precizie ridicată și eficiență ridicată. Cu toate acestea, în urmărirea eficienței mai mari a sudării și a unei conexiuni materiale mai groase, sudarea tradițională ridicată - sudare cu laser cu putere a întâlnit blocaje. Plumele plasmatice puternice, stârnind violent bazine topite și stropiți limitează extinderea ulterioară a aplicării sale. În acest context, cercetătorii și -au îndreptat atenția către un mediu special de proces - vid. Tehnologia de sudare cu laser în vid combină lasere de putere ridicate - cu medii de presiune scăzute - pentru a obține o mai mare adâncime de penetrare. Odată cu dezvoltarea rapidă a laserelor de putere - în ultimii ani, această tehnologie a lansat într -o nouă viață, arătând o valoare mare a cercetării și potențial de aplicare.
2. Comparație între sudarea cu laser în vid și sudarea cu laser
În comparație cu sudarea laser tradițională în mediul atmosferic, sudarea cu laser în mediul de presiune în vid sau scăzut - va suferi schimbări fundamentale în procesul său fizic și efectul de sudare. Cel mai semnificativ avantaj este creșterea accentuată a adâncimii de sudare. O cantitate mare de date experimentale arată că, pe măsură ce presiunea ambientală scade, adâncimea de penetrare a sudării va crește semnificativ, iar în anumite condiții, poate ajunge de două ori sau mai mult decât cea din mediul atmosferic. Această îmbunătățire are un interval de „presiune critică”, de obicei între 0,1 kPa și 10 kPa. Când presiunea ambientală este mai mică decât acest prag, tendința crescândă a adâncimii de penetrare va fi saturată sau chiar scăzută ușor. Prin urmare, sudarea cu laser în vid poate obține o adâncime de penetrare de aproximativ 50 mm la o putere laser de 16 kW, care este mult dincolo de sudarea în mediul atmosferic și atinge un nivel similar cu cel al sudării cu fascicul de electroni, dar gradul de vid necesar este cu două comenzi de mărime mai mici decât cea a sudării cu fascicul de electroni. În același timp, geometria sudurii este, de asemenea, foarte optimizată, devenind mai profundă și mai restrânsă, formând o morfologie de sudură profundă și paralelă similară cu cea a sudării cu fascicul de electroni. Acest efect de aprofundare este deosebit de evident atunci când se sudă la viteze mici până la medii (aproximativ 3,0 m/min sau mai puțin), iar atunci când viteza de sudare depășește 4 m/min, influența presiunii ambientale devine neglijabilă.
Mediul de vid rezolvă fundamental problema plumelor plasmatice în sudare tradițională ridicată - sudare laser cu putere. În sudarea tradițională, vaporii metalici generați de acțiunea laserului și a materialului va forma un penaj plasmatic -} luminozitate, care va împrăștia, refracta și absorbi laserul incidente, formând un „efect de ecranare”, reducând astfel energia eficientă care atinge piesa de lucru și afectând profunzimea de topire și stabilitatea procesului. Într -un mediu în vid, pe măsură ce presiunea ambientală scade de la 101 kPa (presiunea atmosferică), dimensiunea și luminozitatea penajului plasmatic scad brusc. Când presiunea scade la 10 kPa, luminescența puternică și fenomenul împrăștiat dispar practic; Când presiunea este redusă în continuare la 0,1 kPa, penajul plasmatic este aproape complet suprimat și invizibil cu ochiul liber. Dispariția plasmei înseamnă că energia laser poate fi transmisă în profunzimea piesei de prelucrat mai stabile și mai eficient, ceea ce face ca întregul proces de sudare să fie mai stabil.
Această îmbunătățire a stabilității procesului se reflectă direct în optimizarea comportamentului dinamic al bazinului topit și al gaurii cheie, ceea ce duce în cele din urmă la un salt în calitatea sudurii. Observațiile ridicate ale camerei de viteză -} a constatat că în condiții de vid, diametrul mediu al intrării cu gaura cheie a scăzut, iar bazinul topit de suprafață a devenit mai restrâns și mai stabil. X - Ray Real - Observații de timp au relevat în continuare că adâncimea gaurii cheie în vid a crescut semnificativ, iar unghiul de înclinare al peretelui frontal al gaurii cheie a crescut. Fluxul de cheie mai stabil și fluxul de piscină topită reduce foarte mult defectele de sudare, cum ar fi porii și stropi, cauzate de prăbușirea gaurului de cheie sau fluctuații violente în bazinul topit, obținând astfel suduri poroase de dens, dens și non -.
3. Aplicarea sudării cu laser în vid
Pe baza avantajelor sale semnificative ale procesului stabil, nici o calitate stropită și de sudare ridicată, deși tehnologia de sudare cu laser în vid este încă în etapele incipiente ale aplicației, a arătat un potențial mare în domeniul ridicat de fabricație de precizie a cererii, cum ar fi industria auto. Este foarte potrivit pentru fabricarea componentelor automobilelor auto. 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 Se pot obține articulații.
În plus, această tehnologie a obținut, de asemenea, descoperiri majore în câmpul de sudare cu plăci groase, deschizând o nouă modalitate pentru sudare eficientă, unică -, trecând cu placă groasă pentru sudare cu laser, care este în mod tradițional utilizată în principal pentru structurile cu plăci subțiri. Sudarea cu laser în vid este capabilă să sudeze cu placa groasă a diferitelor materiale, cum ar fi oțel structural, oțel inoxidabil, nichel - aliaje bazate pe titan și chiar aliaje de cupru. Cercetările arată că, cu o putere laser de 16 kW, o placă de oțel S690QL de 50 mm grosime de 50 mm și un aliaj bazat pe nichel de 38 mm - pot fi sudate cu viteză mică într -o singură dată, cu o bună formare de sudare. Această capacitate puternică îi permite să conteste direct poziția sudării cu fascicul de electroni în câmpul de sudare cu plăci groase și are, de asemenea, avantaje suplimentare, cum ar fi cerințele de vid mai mici și fără X - probleme de protecție împotriva razelor.
Tehnologia de sudare cu laser în vid depășește efectiv blocajele, cum ar fi interferența plasmatică și piscina topită instabilă în sudare tradițională ridicată - sudare cu putere prin plasarea sudării cu laser într -un mediu de presiune scăzut -. Cel mai semnificativ avantaj al acestei tehnologii este faptul că poate crește foarte mult penetrarea sudării, care poate ajunge de obicei la mai mult de două ori mai mare decât a mediului atmosferic și să formeze suduri adânci și paralele similare cu sudarea cu fascicul de electroni, în timp ce gradul de vid necesar este mult mai mic decât cel al sudării cu fascicul de electroni. Acest salt de performanță se datorează suprimării eficiente a penului plasmatic de către mediul de vid, îmbunătățind astfel utilizarea energiei și stabilitatea procesului; În același timp, comportamentul dinamic dinamic mai stabil și al piscinei topite reduce, de asemenea, foarte mult defecte precum porii și stropi și obține suduri de calitate superioară. Cu aceste avantaje, sudarea cu laser în vid a fost aplicată cu succes la fabricarea de precizie a componentelor automobilelor auto și a sudării unice - trecerea plăcilor groase ale diferitelor materiale, arătând potențialul de a contesta sudare cu fascicul de electroni.
