1. Inleiding
Laserslassen neemt een belangrijke positie in in de industriële productie met zijn hoge precisie en hoge efficiëntie. Bij het nastreven van hogere lasefficiëntie en dikkere materiaalverbinding, is de traditionele hoog - power laserlassen echter gebleken knelpunten. Sterke plasma -pluimen, gewelddadig gesmolten pools karnen en spat beperken de verdere uitbreiding van de toepassing ervan. In deze context hebben onderzoekers hun aandacht gevestigd op een speciale procesomgeving - vacuüm. Vacuüm laserslassentechnologie combineert hoge - power lasers met lage - drukomgevingen om een grotere penetratiediepte te bereiken. Met de snelle ontwikkeling van hoge - power lasers in de afgelopen jaren heeft deze technologie een nieuw leven ingeluid, wat een grote onderzoekswaarde en toepassingspotentieel toont.
2. Vergelijking tussen vacuüm laserlassen en laserslassen
Vergeleken met traditioneel laserlassen in de atmosferische omgeving, zal laserslassen in vacuüm of lage - de drukomgeving fundamentele veranderingen in het fysieke proces en het laseffect ondergaan. Het belangrijkste voordeel is de scherpe toename van de lasdiepte. Een grote hoeveelheid experimentele gegevens toont aan dat naarmate de omgevingsdruk afneemt, de laspenetratiediepte aanzienlijk zal toenemen, en onder bepaalde omstandigheden kan deze twee of zelfs meer bereiken dan die in de atmosferische omgeving. Deze verbetering heeft een "kritieke druk" -interval, meestal tussen 0,1 kPa en 10 kPa. Wanneer de omgevingsdruk lager is dan deze drempel, zal de toenemende trend van de penetratiediepte verzadigd zijn of zelfs enigszins verlaagd. Daarom kan vacuüm laserslassen een penetratiediepte van ongeveer 50 mm bereiken bij een laservermogen van 16 kW, dat veel verder is dan het lassen in de atmosferische omgeving en een niveau bereikt dat vergelijkbaar is met dat van elektronenstraallassen, maar de vereiste vacuümdiploma is twee orden van magnitude lager dan die van elektron bundellassen. Tegelijkertijd is de geometrie van de las ook sterk geoptimaliseerd, die dieper en smaller wordt en een diepe en parallelle lasmorfologie vormt vergelijkbaar met die van elektronenstraallassen. Dit diepere effect is met name duidelijk bij het lassen bij lage tot gemiddelde snelheden (ongeveer 3,0 m/min of minder), en wanneer de lassnelheid groter is dan 4 m/min, wordt de invloed van de omgevingdruk te verwaarlozen.
De vacuümomgeving lost fundamenteel het plasma -pluimprobleem op in traditioneel hoog - Power Laser Lassen. Bij traditioneel lassen zal de metalen damp gegenereerd door de werking van laser en materiaal een hoge - helderheid plasmapluim vormen, die de invallende laser zal verspreiden, breken en absorberen, waardoor een "afschermingseffect" wordt gevormd, waardoor de effectieve energie het werkstuk bereikt en de smeltdiepte beïnvloedt en de stabiliteit van de verwerking en de verloop van de verwerking. In een vacuümomgeving, naarmate de omgevingsdruk afneemt van 101 kPa (atmosferische druk), nemen de grootte en helderheid van de plasmapluim sterk af. Wanneer de druk daalt tot 10 kPa, verdwijnen het sterke luminescentie- en spatteringsfenomeen in principe; Wanneer de druk verder wordt verlaagd tot 0,1 kPa, is de plasmapluim bijna volledig onderdrukt en onzichtbaar voor het blote oog. De verdwijning van plasma betekent dat de laserergie stabieler en efficiënter op de diepte van het werkstuk kan worden overgedragen, waardoor het hele lasproces stabieler wordt.
Deze verbetering van de processtabiliteit wordt direct weerspiegeld in de optimalisatie van het dynamische gedrag van de gesmolten pool en het sleutelgat, wat uiteindelijk leidt tot een sprong in laskwaliteit. Hoge - snelheidscamera -observaties vonden dat onder vacuümomstandigheden de gemiddelde diameter van de ingang van de sleutelgat afnam en het oppervlak gesmolten pool smaller en stabieler werd. X - Ray Real - Tijdobservaties onthulden verder dat de diepte van het sleutelgat in vacuüm aanzienlijk toenam en de hellingshoek van de voorwand van de sleutelgat toenam. Stabielere sleutelgat en gesmolten poolstroom vermindert het lasdefecten zoals poriën en spat veroorzaakt door sleutelgat ineenstorting of gewelddadige fluctuaties in de gesmolten pool, waardoor het verkrijgen van hogere kwaliteit, dichte en non - poreuze lassen.
3. Toepassing van vacuüm laserslassen
Op basis van de aanzienlijke voordelen van het stabiel proces, geen spat- en hoge laskwaliteit, hoewel vacuüm laserlasingstechnologie zich nog in de vroege stadia van toepassing bevindt, heeft het een groot potentieel aangetoond in hoog - Draagprecisieproductievelden zoals de automotive -industrie. Het is zeer geschikt voor de vervaardiging van componenten voor auto -aandrijflijn. Sommige onderzoeksinstellingen en bedrijven in Duitsland hebben het succesvol toegepast op de massaproductie van transmissiecomponenten zoals planetaire tandwielrekken, zoals weergegeven in figuur 4. Door vacuüm laserlassen, de precisieaansluiting van tandwielcomponenten met een maximale penetratiediepte van 25 mm kan in één keer worden voltooid over oxidatie en spatcontaminatie, en defect. worden verkregen.
Bovendien heeft deze technologie ook grote doorbraken bereikt op het gebied van dikke plaatlassen, waardoor een nieuwe manier wordt geopend voor efficiënte, single - door dikke plaatlassen door te geven voor laserslassen, die traditioneel voornamelijk wordt gebruikt voor dunne plaatstructuren. Vacuüm laserslassen is in staat om dikke plaatlassen van verschillende materialen zoals structureel staal, roestvrij staal, nikkel - gebaseerde legeringen, titaniumlegeringen en zelfs koperen legeringen. Onderzoek toont aan dat met een laservermogen van 16 kW, een 50 mm dikke S690QL stalen plaat en een 38 mm nikkel - gebaseerde legering kan worden gelast met lage snelheid in één keer, met een goede lasvorming. Deze krachtige mogelijkheid stelt het in staat om direct de positie van elektronenstraallassen op het gebied van dikke plaatlassen rechtstreeks uit te dagen en heeft ook extra voordelen zoals lagere vacuümvereisten en geen x - stralingsbeschermingsproblemen.
Vacuüm laser -lastechnologie overwint effectief knelpunten zoals plasma -interferentie en onstabiele gesmolten pool in traditioneel hoog - vermogenslassen door laserslassen in een lage - drukomgeving te plaatsen. Het belangrijkste voordeel van deze technologie is dat het de penetratie van de las kan verhogen, die meestal meer dan twee keer kan bereiken die van de atmosferische omgeving en diepe en parallelle lassen vergelijkbaar zijn met elektronenstraallassen, terwijl de vereiste vacuümgraad veel lager is dan die van elektronenstraallassen. Deze prestatiesprong is te wijten aan de effectieve onderdrukking van de plasmapluim door de vacuümomgeving, waardoor het energieverbruik en processtabiliteit wordt verbeterd; Tegelijkertijd vermindert het stabielere sleutelgat en het gesmolten pool dynamisch gedrag ook aanzienlijk defecten zoals poriën en spat, en verkrijgt lassen van hogere kwaliteit. Met deze voordelen is vacuüm laserlassen met succes toegepast op de precisieproductie van auto -aandrijflijncomponenten en single - doorgaan lassen van dikke platen van verschillende materialen, die het potentieel aantonen om het lassen van elektronenbundels aan te vechten.
