1. uvod
Lasersko varjenje zavzema pomemben položaj v industrijski proizvodnji z visoko natančnostjo in visoko učinkovitostjo. Vendar pa je pri zasledovanju večje učinkovitosti varjenja in debelejše materialne povezave tradicionalno visoko - lasersko varjenje naletelo na ozka grla. Močni plazemski plimi, nasilno drsenje staljenih bazenov in škropljenje omejujejo nadaljnjo širitev njegove uporabe. V tem kontekstu so raziskovalci usmerili pozornost na posebno procesno okolje - vakuum. Tehnologija vakuumskega laserskega varjenja združuje visoke - laserjev moči z nizkim - tlačnim okoljem za doseganje večje globine penetracije. S hitrim razvojem visokih - laserjev moči v zadnjih letih je ta tehnologija sprožila novo življenje, kar kaže na veliko raziskovalno vrednost in potencial uporabe.
2. Primerjava med vakuumskim laserskim varjenjem in laserskim varjenjem
V primerjavi s tradicionalnim laserskim varjenjem v atmosferskem okolju bo lasersko varjenje v vakuumu ali nizkem - tlačno okolje doživelo temeljne spremembe v njegovem fizičnem procesu in varilnem učinku. Najpomembnejša prednost je močno povečanje globine varjenja. Velika količina eksperimentalnih podatkov kaže, da se bo z zmanjšanjem tlaka v okolju globina penetracije varjenja znatno povečala, pod določenimi pogoji pa lahko doseže dvakrat ali celo več kot v atmosferskem okolju. Ta izboljšava ima interval "kritičnega tlaka", običajno med 0,1 kPa in 10 kPa. Kadar je tlak v okolici nižji od tega praga, bo naraščajoči trend globine penetracije nasičen ali celo rahlo zmanjšan. Zato lahko vakuumsko lasersko varjenje doseže globino penetracije približno 50 mm pri laserski moči 16 kW, kar je daleč zunaj varjenja v atmosferskem okolju in doseže raven, podobno kot pri varjenju elektronskih žarkov, vendar je potrebna stopnja vakuuma, ki je za dva reda nižja kot pri varjenju z elektronskim žarkom. Hkrati je tudi geometrija zvara močno optimizirana, saj postaja globlje in ožja, ki tvori globoko in vzporedno morfologijo zvara, podobno kot pri varjenju elektronskih žarkov. Ta poglobljeni učinek je še posebej očiten pri varjenju pri nizkih do srednjih hitrostih (približno 3,0 m/min ali manj), in ko hitrost varjenja presega 4 m/min, vpliv tlaka v okolici postane zanemarljiv.
Vakuumsko okolje v bistvu rešuje problem plazme Plume v tradicionalnem visokem - laserskemu varjenju. Pri tradicionalnem varjenju bo kovinska para, ki nastane z delovanjem laserja in materiala, tvorila visoko - svetlost plazemski plum, ki bo raztresel, lovil in absorbiral incidentni laser, kar bo tvorilo "zaščitni učinek", s čimer zmanjšajo učinkovito energijo, ki doseže delovno mesto in vpliva na delovno globino in procesno stabilnost. V vakuumskem okolju, ko se tlak v okolju zmanjšuje s 101 kPa (atmosferski tlak), se velikost in svetlost plazemskega pluma močno zmanjšata. Ko tlak pade na 10 kPa, močna luminiscenca in širjenje pojava v bistvu izgine; Ko se tlak še zmanjša na 0,1 kPa, je plazemski plimova skoraj popolnoma zatirana in nevidna za golo oko. Izginotje plazme pomeni, da se laserska energija lahko prenaša na globino obdelovanca bolj stabilno in učinkovito, zaradi česar je celoten postopek varjenja bolj stabilen.
To izboljšanje stabilnosti procesa se neposredno odraža pri optimizaciji dinamičnega vedenja staljenega bazena in ključavnice, kar na koncu vodi do skoka kakovosti zvara. Visoka - opazovanja hitrostnih kamer so ugotovili, da se je v vakuumskih pogojih povprečni premer vhoda v ključavnice zmanjšal, površinski staljeni bazen pa je postal ožji in stabilnejši. X -} Ray Real - Časovna opazovanja so nadalje razkrila, da se je globina ključavnice v vakuumu znatno povečala, naklonski kot sprednje stene ključavnice pa se je povečal. Stabilnejši pretok ključavnice in staljenega bazena močno zmanjša okvare varjenja, kot so pore in škropljenje, ki jih povzročajo kolaps ključavnice ali nasilna nihanja v staljenem bazenu, s čimer pridobijo večjo kakovost, gosto in ne- porozne zvare.
3. Uporaba vakuumskega laserskega varjenja
Na podlagi svojih pomembnih prednosti stabilnega procesa ni nobenega škropljenja in visoke kakovosti zvara, čeprav je vakuumska laserska tehnologija varjenja še vedno v zgodnjih fazah uporabe, je pokazala velik potencial v visokih - polj za natančno proizvodnjo, kot je avtomobilska industrija. Zelo primeren je za izdelavo avtomobilskih komponent pogonskih sklopov. 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 joints lahko dobimo.
Poleg tega je ta tehnologija dosegla tudi večje preboje na področju debelega varjenja plošč, s čimer je odpirala nov način za učinkovito, enojno - prehodno debelo varilno varjenje za lasersko varjenje, ki se tradicionalno uporablja predvsem za tanke plošče. Vakuumsko lasersko varjenje je sposobno debelo varjenje plošč različnih materialov, kot so konstrukcijsko jeklo, nerjavno jeklo, nikelj zlitine na osnovi niklja -, titanove zlitine in celo bakrene zlitine. Raziskave kažejo, da lahko z lasersko močjo 16 kW, 50 mm debeline S690QL jeklene plošče in 38 mm niklja - na osnovi zvijanja z nizko hitrostjo v eni poti, z dobrim nastajanjem zvara. Ta močna zmogljivost mu omogoča neposredno izziv položaj varjenja elektronskih žarkov na polju debelega varjenja plošč, poleg tega pa ima dodatne prednosti, kot so zahteve po nižjih vakuumu in brez X - žarkov.
Tehnologija vakuumskega laserskega varjenja učinkovito premaga ozka grla, kot sta motnje v plazmi in nestabilen staljeni bazen v tradicionalnem visokem - moči varjenja z namestitvijo laserskega varjenja v nizko - tlačno okolje. Najpomembnejša prednost te tehnologije je, da lahko močno poveča penetracijo varjenja, ki lahko običajno doseže več kot dvakrat več kot v atmosferskem okolju in tvori globoko in vzporedno zvare, podobno varilniku z elektronskim žarkom, medtem ko je zahtevana stopnja vakuuma precej nižja od varjenja elektronov. Ta preskok zmogljivosti je posledica učinkovitega zatiranja plazemskega pluma z vakuumskim okoljem, s čimer se izboljša poraba energije in stabilnost procesa; Hkrati bolj stabilno dinamično vedenje ključavnic in staljenega bazena močno zmanjša okvare, kot so pore in škropljenje, in pridobi kakovostnejše zvare. S temi prednosti je bilo vakuumsko lasersko varjenje uspešno uporabljeno za natančno izdelavo avtomobilskih komponent pogonskih sklopov in enojnega - prehodno varjenje debelih plošč različnih materialov, ki kaže na potencial za izziv varjenja elektronov.
