1. Johdanto
Laserhitsauksella on tärkeä asema teollisuusvalmistuksessa, jolla on voimakas tarkkuus ja tehokkaat hyötysuhteet. Hitsaustehokkuuden ja paksumman materiaaliliitäntä on kuitenkin perinteinen korkea - voimalaserhitsaus, joka on havainnut pullonkaulat. Vahvat plasmasuutteet, murskaamalla väkivaltaisesti sulat poolit ja roiskuvat rajoittavat sen käytön jatkamista. Tässä yhteydessä tutkijat ovat kiinnittäneet huomionsa erityiseen prosessiympäristöön - tyhjiö. Tyhjiölaserhitsaustekniikka yhdistää korkeat - voimalaserit, joilla on alhaiset - paineympäristöt suuremman tunkeutumissyvyyden saavuttamiseksi. Viime vuosien korkean - voimalaserien nopean kehityksen myötä tämä tekniikka on ohjannut uuden elämän, mikä osoittaa suurta tutkimusarvoa ja sovelluspotentiaalia.
2.
Verrattuna perinteiseen laserhitsaukseen ilmakehän ympäristössä, laserhitsaus tyhjiössä tai alhaisessa - paineympäristössä tapahtuu fyysisen prosessin ja hitsausvaikutuksen perustavanlaatuisia muutoksia. Merkittävin etu on hitsaussyvyyden voimakas kasvu. Suuri määrä kokeellisia tietoja osoittaa, että ympäristön paineen laskiessa hitsauksen tunkeutumissyvyys kasvaa merkittävästi ja tietyissä olosuhteissa se voi saavuttaa kahdesti tai jopa enemmän kuin ilmakehän ympäristössä. Tällä parannuksella on "kriittinen paine" -väli, yleensä välillä 0,1 kPa - 10 kPa. Kun ympäristön paine on alhaisempi kuin tämä kynnysarvo, tunkeutumissyvyyden kasvava suuntaus on kyllästetty tai jopa hiukan vähentynyt. Siksi tyhjiölaserhitsaus voi saavuttaa noin 50 mm: n tunkeutumissyvyyden laservoimalla 16 kW, mikä on kaukana ilmakehän ympäristössä hitsauksen ulkopuolelle ja saavuttaa samanlaisen tason kuin elektronisäteen hitsauksen, mutta vaadittu tyhjiöaste on kaksi suuruusluokkaa alhaisempi kuin elektronisäksihitsaus. Samanaikaisesti hitsauksen geometria on myös optimoitu suuresti syvemmälle ja kapeammaksi, mikä muodostaa syvän ja rinnakkaisen hitsausmorfologian, joka on samanlainen kuin elektronisäteen hitsaus. Tämä syventävä vaikutus on erityisen ilmeinen, kun hitsaus alhaisella tai keskitason nopeudella (noin 3,0 m/min tai vähemmän), ja kun hitsausnopeus ylittää 4 m/min, ympäristön paineen vaikutus muuttuu vähäiseksi.
Tyhjiöympäristö ratkaisee pohjimmiltaan plasman plume -ongelman perinteisessä korkeassa - voimalaserhitsauksessa. Perinteisessä hitsauksessa laserin ja materiaalin vaikutuksen tuottama metallihöyry muodostaa korkean - kirkkauden plasman plume, joka hajoaa, taipumus ja absorboi tapahtuva laser, muodostaen "suojausvaikutuksen", mikä vähentää tehokasta energiaa, joka saavuttaa työkappaleen ja vaikuttaa sulatussyvyyteen ja prosessin vaktioon. Tyhjiöympäristössä, kun ympäristön paine pienenee 101 kPa: sta (ilmakehän paine), plasmaputken koko ja kirkkaus pienenevät voimakkaasti. Kun paine laskee 10 kPa: iin, voimakas luminesenssi ja roiskeilmiö katoavat periaatteessa; Kun paine vähenee edelleen arvoon 0,1 kPa, plasmaputki on melkein kokonaan tukahdutettu ja näkymätön paljaalla silmällä. Plasman katoaminen tarkoittaa, että laserenergia voidaan siirtää työkappaleen syvyyteen vakaammin ja tehokkaammin, mikä tekee koko hitsausprosessista vakaamman.
Tämä prosessin stabiilisuuden paraneminen heijastuu suoraan sulan poolin ja avaimenreiän dynaamisen käyttäytymisen optimoinnissa, mikä johtaa viime kädessä hitsin laadun harppaukseen. Korkeat - nopeuskameran havainnot havaitsivat, että tyhjiöolosuhteissa avaimenreiän sisäänkäynnin keskimääräinen halkaisija laski ja pinta -sulan uima -allas tuli kapeammaksi ja vakaammaksi. X - säde reaal - Aika havainnot paljastivat edelleen, että tyhjiön avaimenreiän syvyys kasvoi merkittävästi ja avaimenreiän etuseinän kallistuskulma kasvoi. Vakaampi avainreikä ja sulaa uima -altaan virtaus vähentää huomattavasti hitsausvikoja, kuten huokoset ja roiskeet, jotka johtuvat avaimen reikien romahduksesta tai sulan poolin väkivaltaisista vaihtelusta, saaden siten korkeamman laadun, tiheä ja ei - huokoiset hitsat.
3. tyhjiölaserhitsauksen levitys
Stabiilin prosessin merkittävien etujen perusteella ei roiskeia ja korkeaa hitsauslaatua, vaikka tyhjiölaserhitsaustekniikka on edelleen sovelluksen varhaisessa vaiheessa, se on osoittanut suurta potentiaalia korkealla - tarpeen tarkkuuden valmistuskentällä, kuten autoteollisuus. Se on erittäin sopiva autojen voimansiirtokomponenttien valmistukseen. Jotkut Saksan tutkimuslaitokset ja yritykset ovat onnistuneesti soveltaneet sitä siirtokomponenttien, kuten planeettavaihdetelineiden massatuotantoon, kuten kuvassa 4 esitetään. Vakuumalaserhitsauksen avulla vaihdekomponenttien tarkkuusyhteys 25 mm: n enimmäispääsyn syvyys voidaan suorittaa kerrallaan huolehtimatta hapettumisesta ja roiskunpesukehityksestä, ja-} -yhdisteistä {5} - -yhteys saatu.
Lisäksi tämä tekniikka on myös saavuttanut suuret läpimurtot paksun levyn hitsauksen kentällä, avaamalla uuden tavan tehokkaaseen, yksittäiseen -} -levyn paksuun levyhitsaukseen laserhitsaukselle, jota perinteisesti käytetään pääasiassa ohuissa levyrakenteissa. Tyhjiölaserhitsaus pystyy paksuun levyshitsaukseen erilaisista materiaaleista, kuten rakenteellisista terästä, ruostumattomasta teräksestä, nikkeli - -pohjaisista seoksista, titaaniseoksista ja jopa kupariseoksista. Tutkimukset osoittavat, että laservoimalla 16 kW, 50 mm paksu S690QL -teräslevy ja 38 mm: n nikkeli - -pohjainen seos voidaan hitsata pienellä nopeudella yhdellä Go: lla, hyvällä hitsausmuodostumisella. Tämä tehokas kyky antaa sille mahdollisuuden haastaa suoraan elektronisätehitsauksen sijainnin paksun levyn hitsauksen kentällä, ja sillä on myös lisäetuja, kuten pienemmät tyhjiövaatimukset ja ei x - säteilysäteilysuojausongelmia.
Tyhjiölaserhitsaustekniikka voittaa tehokkaasti pullonkaulat, kuten plasman häiriöt ja epävakaa sulaa poolia perinteisessä korkeassa - voimahitsauksessa asettamalla laserhitsaus alhaiseen - paineympäristöön. Tämän tekniikan merkittävin etu on, että se voi lisätä huomattavasti hitsauksen tunkeutumista, joka voi yleensä saavuttaa yli kaksi kertaa ilmakehän ympäristön ja muodostaa syviä ja rinnakkaisia hitsauksia, jotka ovat samanlaisia kuin elektronisäteen hitsaus, kun taas vaadittu tyhjiöaste on paljon alhaisempi kuin elektronisäteen hitsaus. Tämä suorituskyvyn hyppy johtuu plasman plumein tehokkaasta tukahduttamisesta tyhjiöympäristössä, mikä parantaa energian hyödyntämistä ja prosessien vakautta; Samanaikaisesti vakaampi avainreikä ja sulan poolin dynaaminen käyttäytyminen vähentää huomattavasti myös vikoja, kuten huokoset ja roiskeita, ja saa korkealaatuisempia hitsauksia. Näillä eduilla tyhjiölaserhitsaus on sovellettu onnistuneesti autojen voimansiirtokomponenttien tarkkuusvalmistukseen ja yksittäisiin - eri materiaalien paksujen levyjen hitsaukseen, mikä osoittaa potentiaalin haastaa elektronisäteen hitsaus.
