1. Pengenalan
Kimpalan laser menduduki kedudukan penting dalam pembuatan perindustrian dengan ketepatan yang tinggi dan kecekapan yang tinggi. Walau bagaimanapun, dalam mengejar kecekapan kimpalan yang lebih tinggi dan sambungan bahan yang lebih tebal, kimpalan laser kuasa tradisional tinggi - telah mengalami kesesakan. Plumes plasma yang kuat, kolam renang cair yang ganas, dan spatter mengehadkan pengembangan selanjutnya permohonannya. Dalam konteks ini, penyelidik telah mengalih perhatian mereka kepada persekitaran proses khas - vakum. Teknologi kimpalan laser vakum menggabungkan laser kuasa tinggi - dengan persekitaran tekanan rendah - untuk mencapai kedalaman penembusan yang lebih besar. Dengan perkembangan pesat laser kuasa tinggi - dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi ini telah membawa kehidupan baru, menunjukkan nilai penyelidikan yang hebat dan potensi aplikasi.
2. Perbandingan antara kimpalan laser vakum dan kimpalan laser
Berbanding dengan kimpalan laser tradisional dalam persekitaran atmosfera, kimpalan laser dalam vakum atau persekitaran tekanan rendah - akan mengalami perubahan asas dalam proses fizikal dan kesan kimpalannya. Kelebihan yang paling penting ialah peningkatan mendalam dalam kedalaman kimpalan. Sejumlah besar data eksperimen menunjukkan bahawa apabila tekanan ambien berkurangan, kedalaman penembusan kimpalan akan meningkat dengan ketara, dan dalam keadaan tertentu, ia boleh mencapai dua kali atau lebih daripada itu dalam persekitaran atmosfera. Peningkatan ini mempunyai selang "tekanan kritikal", biasanya antara 0.1 kPa dan 10 kPa. Apabila tekanan ambien lebih rendah daripada ambang ini, trend yang semakin meningkat dari kedalaman penembusan akan tepu atau bahkan sedikit menurun. Oleh itu, kimpalan laser vakum boleh mencapai kedalaman penembusan kira -kira 50 mm pada kuasa laser 16 kW, yang jauh di luar kimpalan di persekitaran atmosfera dan mencapai tahap yang serupa dengan kimpalan rasuk elektron, tetapi ijazah vakum yang diperlukan adalah dua pesanan magnitud yang lebih rendah daripada kimpalan rasuk elektron. Pada masa yang sama, geometri kimpalan juga sangat dioptimumkan, menjadi lebih mendalam dan sempit, membentuk morfologi kimpalan yang mendalam dan selari yang serupa dengan kimpalan rasuk elektron. Kesan mendalam ini sangat jelas apabila kimpalan pada kelajuan rendah hingga sederhana (kira -kira 3.0 m/min atau kurang), dan apabila kelajuan kimpalan melebihi 4 m/min, pengaruh tekanan ambien menjadi tidak dapat diabaikan.
Persekitaran vakum secara asasnya menyelesaikan masalah plum plasma dalam kimpalan laser kuasa tradisional -. Dalam kimpalan tradisional, wap logam yang dihasilkan oleh tindakan laser dan bahan akan membentuk plasma kecerahan yang tinggi -, yang akan menyebarkan, membiasakan dan menyerap laser kejadian, membentuk "kesan perisai", dengan itu mengurangkan tenaga yang berkesan yang mencapai kerja -kerja dan mempengaruhi kemerosotan dan mempengaruhi kemerosotan dan mempengaruhi kemerosotan dan mempengaruhi kemerosotan proses dan memproses kestabilan proses dan mempromosikan kestabilan proses dan memproses kestabilan proses dan memproses kestabilan proses. Dalam persekitaran vakum, kerana tekanan ambien berkurangan daripada 101 kPa (tekanan atmosfera), saiz dan kecerahan plasma berkurangan dengan ketara. Apabila tekanan jatuh ke 10 kPa, pendaratan yang kuat dan fenomena spattering pada dasarnya hilang; Apabila tekanan dikurangkan lagi kepada 0.1 kPa, plum plasma hampir ditindas sepenuhnya dan tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Kehilangan plasma bermakna bahawa tenaga laser dapat dihantar ke kedalaman bahan kerja lebih stabil dan efisien, menjadikan keseluruhan proses kimpalan lebih stabil.
Peningkatan kestabilan proses ini secara langsung ditunjukkan dalam pengoptimuman tingkah laku dinamik kolam cair dan lubang kunci, yang akhirnya membawa kepada lompatan kualiti kimpalan. Tinggi - Pemerhatian kamera kelajuan mendapati bahawa di bawah keadaan vakum, diameter purata pintu masuk kunci menurun, dan kolam cair permukaan menjadi lebih sempit dan lebih stabil. X - Ray Real - Pemerhatian masa selanjutnya mendedahkan bahawa kedalaman lubang kunci dalam vakum meningkat dengan ketara, dan sudut kecenderungan dinding depan lubang kunci meningkat. Lebih banyak lubang kunci dan aliran kolam cair yang lebih stabil sangat mengurangkan kecacatan kimpalan seperti liang dan spatter yang disebabkan oleh keruntuhan lubang kunci atau turun naik kekerasan di kolam cair, dengan itu memperoleh kualiti yang lebih tinggi, padat dan bukan- kimpalan berliang.
3. Penggunaan kimpalan laser vakum
Berdasarkan kelebihan yang signifikan dalam proses yang stabil, tiada kualiti kimpalan dan kimpalan yang tinggi, walaupun teknologi kimpalan laser vakum masih dalam peringkat awal permohonan, ia telah menunjukkan potensi yang besar dalam bidang pembuatan ketepatan permintaan tinggi - seperti industri automotif. Ia sangat sesuai untuk pembuatan komponen powertrain automotif. Sesetengah institusi penyelidikan dan syarikat di Jerman telah berjaya menggunakannya untuk pengeluaran besar -besaran komponen penghantaran seperti rak gear planet, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Melalui kimpalan laser vakum, sambungan ketepatan komponen gear dengan kedalaman penembusan maksimum 25 mm boleh diselesaikan pada satu masa tanpa perlu. boleh diperolehi.
Di samping itu, teknologi ini juga telah mencapai kejayaan utama dalam bidang kimpalan plat tebal, membuka cara baru untuk efisien,- lulus kimpalan plat tebal untuk kimpalan laser, yang secara tradisinya digunakan untuk struktur plat nipis. Kimpalan laser vakum mampu mengimpal plat tebal pelbagai bahan seperti keluli struktur, keluli tahan karat, nikel - berasaskan aloi, aloi titanium dan juga aloi tembaga. Penyelidikan menunjukkan bahawa dengan kuasa laser 16 kW, plat keluli S690QL tebal 50 mm dan aloi berasaskan 38 mm - boleh dikimpal melalui kelajuan rendah dalam satu perjalanan, dengan pembentukan kimpalan yang baik. Keupayaan yang kuat ini membolehkannya untuk mencabar secara langsung kedudukan kimpalan rasuk elektron dalam bidang kimpalan plat tebal, dan juga mempunyai kelebihan tambahan seperti keperluan vakum yang lebih rendah dan tidak ada masalah perlindungan radiasi sinar x -.
Teknologi kimpalan laser vakum dengan berkesan mengatasi kesesakan seperti campur tangan plasma dan kolam cair yang tidak stabil dalam kimpalan kuasa tinggi - dengan meletakkan kimpalan laser dalam persekitaran tekanan rendah -. Kelebihan yang paling penting dalam teknologi ini adalah bahawa ia dapat meningkatkan penembusan kimpalan, yang biasanya dapat mencapai lebih dari dua kali ganda dari persekitaran atmosfera, dan membentuk kimpalan yang mendalam dan selari yang sama dengan kimpalan rasuk elektron, sementara ijazah vakum yang diperlukan jauh lebih rendah daripada kimpalan rasuk elektron. Lompatan prestasi ini disebabkan oleh penindasan yang berkesan dari plum plasma oleh persekitaran vakum, dengan itu meningkatkan penggunaan tenaga dan kestabilan proses; Pada masa yang sama, kelakuan dinamik kolam yang lebih stabil dan cair juga mengurangkan kecacatan seperti liang dan spatter, dan memperoleh kimpalan berkualiti tinggi. Dengan kelebihan ini, kimpalan laser vakum telah berjaya digunakan untuk pembuatan ketepatan komponen powertrain automotif dan kimpalan lulus tunggal plat tebal pelbagai bahan, menunjukkan potensi untuk mencabar kimpalan rasuk elektron.
