1. Įvadas
Lazeriu suvirinimas užima svarbią pramonės gamybos vietą su savo aukštu tikslumu ir dideliu efektyvumu. Tačiau siekiant didesnio suvirinimo efektyvumo ir storesnės medžiagos jungties, tradicinis aukštas - galios lazerio suvirinimas susidūrė su kliūtimis. Stiprūs plazmos pliūpsniai, žiauriai virpantys išlydytus baseinus, ir purslai riboja tolesnį jo taikymo išplėtimą. Šiame kontekste tyrėjai atkreipė dėmesį į specialią proceso aplinką - vakuume. Vakuuminių lazerių suvirinimo technologija sujungia aukštą - galios lazeriai su žemu - slėgio aplinka, kad būtų pasiektas didesnis skverbimosi gylis. Sparčiai plėtojant aukštą - galios lazerius pastaraisiais metais, ši technologija pradėjo naują gyvenimą, parodančią puikią tyrimų vertę ir taikymo potencialą.
2. Palyginimas tarp vakuuminio lazerio suvirinimo ir suvirinimo lazeriu
Palyginti su tradiciniu lazeriniu suvirinimu atmosferos aplinkoje, lazeriu suvirinimas vakuume arba žemai - slėgio aplinka patirs esminius pokyčius jo fiziniame procese ir suvirinimo efektą. Svarbiausias pranašumas yra staigus suvirinimo gylio padidėjimas. Daugybė eksperimentinių duomenų rodo, kad mažėjant aplinkos slėgiui, suvirinimo skverbimosi gylis žymiai padidės, o tam tikromis sąlygomis jis gali pasiekti du kartus ar net daugiau nei atmosferos aplinkoje. Šis patobulinimas turi „kritinio slėgio“ intervalą, paprastai nuo 0,1 kPa iki 10 kPa. Kai aplinkos slėgis yra mažesnis už šią ribą, didėjanti įsiskverbimo gylio tendencija bus prisotinta ar net šiek tiek sumažės. Todėl vakuuminis lazerio suvirinimas gali pasiekti maždaug 50 mm skverbimosi gylį, esant 16 kW galia lazeriui, o tai yra toli už suvirinimo atmosferos aplinkoje ir pasiekia panašų į elektronų pluošto suvirinimo lygį, tačiau reikiamas vakuuminis laipsnis yra dviem laipsniais mažesnis nei elektronų pluošto suvirinimo. Tuo pačiu metu suvirinimo geometrija taip pat yra labai optimizuota, tampa gilesnė ir siauresnė, sudaranti gilią ir lygiagrečią suvirinimo morfologiją, panašią į elektronų pluošto suvirinimą. Šis gilėjantis poveikis yra ypač akivaizdus, kai suvirinimas esant mažam ir vidutiniam greičiui (apie 3,0 m/min ar mažiau), o kai suvirinimo greitis viršija 4 m/min., Aplinkos slėgio įtaka tampa nereikšminga.
Vakuuminė aplinka iš esmės išsprendžia plazmos plunksnos problemą tradicinėje aukštoje - galios lazerio suvirinime. Tradiciniame suvirinime metalo garai, susidarantys veikiant lazeriui ir medžiagai, sudarys aukštą - ryškumo plazmos plunksną, kuris išsklaidys, laužys ir absorbuos įvykio lazerį, sudarydamas „ekranuojantį efektą“, taip sumažindamas efektyvią energiją, pasiekiančią darbinę dalį ir paveikdami lydyklos gylį ir proceso stoglentį. Aplinkoje, kai aplinkos slėgis mažėja nuo 101 kPa (atmosferos slėgis), plazmos pluošto dydis ir ryškumas smarkiai mažėja. Kai slėgis sumažėja iki 10 kPa, stiprus liuminescencija ir purslus reiškinys iš esmės išnyksta; Kai slėgis dar labiau sumažėja iki 0,1 kPa, plazmos plunksnas yra beveik visiškai slopinamas ir nematomas plika akimi. Plazmos išnykimas reiškia, kad lazerio energija gali būti perduodama į ruošinio gylį stabiliai ir efektyviau, todėl visas suvirinimo procesas tampa stabilesnis.
Šis proceso stabilumo pagerėjimas tiesiogiai atsispindi optimizuojant išlydyto baseino ir rakto skylės dinaminį elgesį, kuris galiausiai sukelia suvirinimo kokybės šuolį. Aukštos - greičio kameros stebėjimai nustatė, kad esant vakuuminėms sąlygoms vidutinis rakto skylės įėjimo skersmuo sumažėjo, o paviršiaus išlydytas baseinas tapo siauresnis ir stabilesnis. X - „Ray Real“ - laiko stebėjimai taip pat atskleidė, kad rakto skylės gylis vakuume žymiai padidėjo, o rakto skylės priekinės sienos polinkio kampas padidėjo. Stabilesnis raktų skylės ir išlydyto baseino srautas žymiai sumažina suvirinimo defektus, tokius kaip poros ir purslai, kuriuos sukelia raktų skylės griūtis ar smurtiniai svyravimai išlydytame baseine, taip gaunant aukštesnę kokybę, tankią ir ne - porėtą suvirinimą.
3. Vakuuminio lazerio suvirinimo taikymas
Remiantis reikšmingais stabilių procesų pranašumais, jokio purslų ir aukštos suvirinimo kokybės, nors vakuuminio lazerio suvirinimo technologija vis dar yra ankstyvosiose taikymo etapuose, ji parodė didelį potencialą aukštu - reikalauti tikslumo gamybos srityse, tokiose kaip automobilių pramonė. Tai labai tinka gaminant automobilių jėgos pavaros komponentus. Kai kurios tyrimų įstaigos ir įmonės Vokietijoje sėkmingai pritaikė ją masinei transmisijos komponentų, tokių kaip planetų pavarų lentynos, gamybai, kaip parodyta 4 paveiksle. Per vakuuminį lazerinį suvirinimą, tikslus pavarų komponentų ryšys su maksimalia skverbimosi gyliu ir defektu. Galima gauti sąnarius.
Be to, ši technologija taip pat pasiekė didelius proveržus storos plokštelių suvirinimo lauke, atverdamas naują būdą efektyviam, vienkartiniam - praeiti storos plokštės suvirinimui lazeriniam suvirinimui, kuris tradiciškai daugiausia naudojamas plonoms plokštelių konstrukcijoms. Vakuuminis lazerio suvirinimas gali ištirpinti įvairias medžiagas, tokias kaip konstrukcinis plienas, nerūdijantis plienas, nikelis - pagrindu pagaminti lydiniai, titano lydiniai ir net vario lydiniai. Tyrimai rodo, kad su 16 kW galia lazeriu, 50 mm storio S690QL plieninė plokštelė ir 38 mm nikelis - pagrindu pagamintas lydinys gali būti suvirinamas mažu greičiu per vieną GO, o gerai suvirinant. Ši galinga galimybė suteikia galimybę tiesiogiai užginčyti elektronų pluošto suvirinimo padėtį storos plokštelių suvirinimo lauke, taip pat turi papildomų pranašumų, tokių kaip mažesni vakuuminiai reikalavimai ir nėra x - spinduliuotės spinduliuotės apsaugos problemos.
Vakuuminio lazerio suvirinimo technologija efektyviai įveikia kliūčių, tokių kaip plazmos trukdžiai, ir nestabilus išlydytas baseinas tradicinėje aukštoje - galios suvirinime, lazerio suvirinimą į žemą - slėgio aplinką. Reikšmingiausias šios technologijos pranašumas yra tas, kad ji gali žymiai padidinti suvirinimo įsiskverbimą, kuris paprastai gali pasiekti daugiau nei dvigubai didesnį nei atmosferos aplinkoje, ir sudaryti gilų ir lygiagrečių suvirinimą, panašų į elektronų pluošto suvirinimą, o reikiamas vakuuminis laipsnis yra daug mažesnis nei elektronų pluošto suvirinimo. Šis našumo šuolis atsiranda dėl veiksmingo plazmos pliūpsnio slopinimo vakuume, taip pagerinant energijos sunaudojimą ir proceso stabilumą; Tuo pačiu metu stabilesnis raktų skylės ir išlydyto baseino dinaminis elgesys taip pat labai sumažina tokius trūkumus kaip poros ir purslai, ir gaunamas aukštesnės kokybės suvirinimas. Turint šiuos pranašumus, vakuuminis lazerio suvirinimas buvo sėkmingai pritaikytas tiksliam automobilių jėgos pavaros komponentų ir vieno -} storių įvairių medžiagų plokštelių suvirinimui, rodančiam galimybę iššūkį elektronų pluoštui suvirinti.
