1. Einführung
Das Laserschweißen nimmt mit hoher Präzision und hoher Effizienz eine wichtige Position in der industriellen Fertigung ein. Bei der Verfolgung einer höheren Schweißeffizienz und einer dickeren Materialverbindung hat das traditionelle Hochschweiß von - jedoch Engpässe aufgetreten. Starke Plasmafahnen, heftig aufgewöhnliche geschmolzene Pools und Spritzer begrenzen die weitere Ausdehnung seiner Anwendung. In diesem Zusammenhang haben Forscher ihre Aufmerksamkeit auf eine spezielle Prozessumgebung - Vakuum gerichtet. Die Vakuum -Laserschweißtechnologie kombiniert hohe - Power -Laser mit niedrigen Druckumgebungen, um eine größere Penetrationstiefe zu erreichen. Mit der schnellen Entwicklung von Hoch - Power -Lasern in den letzten Jahren hat diese Technologie ein neues Leben eingeleitet, das ein großes Forschungswert und ein großes Anwendungspotenzial zeigt.
2. Vergleich zwischen Vakuumlaserschweißen und Laserschweißen
Im Vergleich zum traditionellen Laserschweißen in der atmosphärischen Umgebung wird das Laserschweißen im Vakuum oder die niedrige Druckumgebung grundlegend verändert werden. Der wichtigste Vorteil ist die starke Zunahme der Schweißtiefe. Eine große Menge an experimentellen Daten zeigt, dass die Schweißdurchdringungstiefe mit Abneigung des Umgebungsdrucks erheblich zunimmt und unter bestimmten Bedingungen zwei oder sogar mehr in der atmosphärischen Umgebung erreicht wird. Diese Verbesserung hat ein "kritischer Druck" -Intervall, normalerweise zwischen 0,1 kPa und 10 kPa. Wenn der Umgebungsdruck niedriger als dieser Schwellenwert ist, wird der zunehmende Trend der Penetrationstiefe gesättigt oder sogar leicht abgenommen. Daher kann das Vakuumlaserschweißen bei einer Laserleistung von 16 kW eine Tiefe von etwa 50 mm erreichen, die weit über das Schweißen in der atmosphärischen Umgebung hinausgeht und ein Niveau erreicht, das dem des Elektronenstrahlschweißens ähnelt, aber der erforderliche Vakuumgrad ist zwei Ordnungen mit niedrigerem Größenabschluss als das von Elektronenstrahlschweißen. Gleichzeitig ist auch die Geometrie der Schweißnaht stark optimiert und wird tiefer und schmaler und bildet eine tiefe und parallele Schweißmorphologie ähnlich der des Elektronenstrahlschweißens. Dieser vertiefende Effekt ist besonders offensichtlich, wenn das Schweißen bei niedrigen bis mittleren Geschwindigkeiten (ca. 3,0 m/min oder weniger) Schweißgeschwindigkeiten hat, und wenn die Schweißgeschwindigkeit 4 m/min überschreitet, wird der Einfluss des Umgebungsdrucks vernachlässigbar.
Die Vakuumumgebung löst das Plasma -Plume -Problem im herkömmlichen Hochschweißen des Stromverbrauchs grundlegend. Beim traditionellen Schweißen bildet der durch die Wirkung von Laser und Material erzeugte Metalldampf eine hohe - Helligkeitsplasmabahne, die den einfallenden Laser verstreut, refraktiert und absorbiert, wodurch ein "Abschirmungseffekt" bildet, wodurch die effektive Energieversorgung des Arbeitstichs und die Einwirkung der Schmelzstufe und des Prozessstabilitäts und des Prozessstabilitäts und des Verfahrens stabilisiert wird. In einer Vakuumumgebung, da der Umgebungsdruck von 101 kPa (atmosphärischer Druck) abnimmt, nimmt die Größe und Helligkeit der Plasmabiele stark ab. Wenn der Druck auf 10 kPa fällt, verschwindet das starke Lumineszenz und das Streuungsphänomen im Grunde genommen; Wenn der Druck weiter auf 0,1 kPa reduziert wird, ist die Plasmabahne fast vollständig unterdrückt und für das bloße Auge unsichtbar. Das Verschwinden von Plasma bedeutet, dass die Laserenergie in die Tiefe des Werkstücks stabil und effizienter übertragen werden kann, was den gesamten Schweißprozess stabiler macht.
Diese Verbesserung der Prozessstabilität spiegelt sich direkt in der Optimierung des dynamischen Verhaltens des geschmolzenen Pools und des Schlüssellochs wider, was letztendlich zu einem Sprung in der Schweißqualität führt. Hoch - Geschwindigkeitskamera -Beobachtungen ergaben, dass unter Vakuumbedingungen der durchschnittliche Durchmesser des Schlüssellocheingangs abnahm und der oberflächengeschmolzene Pool enger und stabiler wurde. X - Ray Real - Zeitbeobachtungen zeigten ferner, dass die Schlüssellochtiefe im Vakuum signifikant zunahm und der Neigungswinkel der Schlüsselloch -Frontwand zunahm. Stabilerer Schlüsselloch- und geschmolzener Poolfluss reduziert stark Schweißdefekte wie Poren und Spitzer, die durch einen Kollaps von Schlüsselloch oder gewalttätige Schwankungen im geschmolzenen Pool verursacht werden, wodurch eine höhere Qualität, dichte und nicht -} poröse Schweißnähte erhält.
3. Anwendung von Vakuumlaserschweißen
Basierend auf den erheblichen Vorteilen eines stabilen Prozesses, keiner Spritzer und der hohen Schweißqualität, obwohl sich die Vakuum -Laser -Schweißtechnologie noch in den frühen Stadien der Anwendung befindet, hat es ein großes Potenzial in hohem - -Precision Precision Manufacturing -Feldern wie der Automobilindustrie gezeigt. Es ist sehr geeignet für die Herstellung von Kfz -Antriebsstrangkomponenten. Einige Forschungsinstitutionen und Unternehmen in Deutschland haben sie erfolgreich auf die Massenproduktion von Übertragungskomponenten wie Planetary -Gear -Racks angewendet, wie in Abbildung 4 gezeigt. Durch Vakuumlaserschweißen kann der Präzisionsverbindung von Getriebekomponenten mit einer maximalen Penetrationstiefe von 25 mm zu einem Zeitpunkt zu einem Zeitpunkt zu einem Zeitraum die Oxidation abgeschlossen werden. erhalten.
Darüber hinaus hat diese Technologie auch wichtige Durchbrüche im Bereich des dicken Plattenschweißens erzielt und eine neue Möglichkeit für effiziente, einzelne - -Passdicke Plattenschweißen für Laserschweißen erreicht, was traditionell hauptsächlich für dünne Plattenstrukturen verwendet wird. Das Vakuum -Laserschweißen kann dickes Plattenschweißen verschiedener Materialien wie Baustahl, Edelstahl, Nickel - -basierte Legierungen, Titanlegierungen und sogar Kupferlegierungen basieren. Untersuchungen zeigen, dass mit einer Laserleistung von 16 kW eine Legierung mit einer Legierung von 38 mm Nickel - basiert mit niedriger Geschwindigkeit auf einmal mit guter Schweißformation durchgeschweißt werden kann. Diese leistungsstarke Fähigkeit ermöglicht es, die Position des Elektronenstrahlschweißen im Bereich des dicken Plattenschweißen direkt in Frage zu stellen, und hat auch zusätzliche Vorteile wie niedrigere Vakuumanforderungen und keine x - Strahlungsschutzprobleme.
Die Vakuum -Laserschweißtechnologie überwindet effektiv Engpässe wie Plasma -Interferenz und instabiles geschmolzenes Pool in herkömmlichem Hochschweiß, indem Laserschweißen in eine niedrige - -Prundumgebung gelegt werden. Der wichtigste Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass sie die Schweißdurchdringung erheblich erhöhen kann, was normalerweise mehr als doppelt so hoch ist wie die der atmosphärischen Umgebung und tiefe und parallele Schweißnähte ähnlich wie das Schweißen von Elektronenstrahl, während der erforderliche Vakuumgrad viel niedriger ist als der des Elektronenstrahlschweißens. Dieser Leistungssprung ist auf die wirksame Unterdrückung der Plasmafahne durch die Vakuumumgebung zurückzuführen, wodurch die Energieverbrauch und die Prozessstabilität verbessert werden. Gleichzeitig reduziert das dynamische Verhalten von Schlüsselloch und geschmolzenem Pool auch erhebliche Defekte wie Poren und Spritzer und erhält hochwertige Schweißnähte. Mit diesen Vorteilen wurde das Vakuum -Laserschweißen erfolgreich auf die Präzisionsherstellung von Kfz -Antriebsstrangkomponenten und einzelne - Passschweißen dicker Platten verschiedener Materialien angewendet, was das Potenzial zur Herausforderung von Elektronenstrahlschweißen zeigt.
