1. Giriş
Lazer kaynağı, yüksek hassasiyeti ve yüksek verimliliği ile endüstriyel üretimde önemli bir konuma sahiptir. Bununla birlikte, daha yüksek kaynak verimliliği ve daha kalın malzeme bağlantısı arayışında, geleneksel yüksek - güç lazer kaynağı darboğazlarla karşılaşmıştır. Güçlü plazma tüyleri, şiddetli bir şekilde çalkalanan erimiş havuzlar ve sıçrama uygulamasının daha da genişlemesini sınırlar. Bu bağlamda, araştırmacılar dikkatlerini özel bir süreç ortamına çevirdiler - vakum. Vakum lazer kaynak teknolojisi, daha fazla penetrasyon derinliği elde etmek için yüksek - güç lazerlerini düşük - basınç ortamlarıyla birleştirir. Son yıllarda yüksek - güç lazerlerinin hızlı bir şekilde geliştirilmesiyle, bu teknoloji harika bir araştırma değeri ve uygulama potansiyeli göstererek yeni bir yaşam sürdü.
2. Vakum lazer kaynağı ile lazer kaynağı arasındaki karşılaştırma
Atmosferik ortamda geleneksel lazer kaynağı ile karşılaştırıldığında, vakumda lazer kaynağı veya düşük - basınç ortamında fiziksel işleminde ve kaynak etkisinde temel değişikliklere maruz kalacaktır. En önemli avantaj, kaynak derinliğindeki keskin artıştır. Büyük miktarda deneysel veri, ortam basıncı azaldıkça, kaynak penetrasyon derinliğinin önemli ölçüde artacağını ve belirli koşullar altında atmosferik ortamda olduğundan iki kez veya daha fazla ulaşabileceğini göstermektedir. Bu iyileştirme, genellikle 0.1 kPa ile 10 kPa arasında bir "kritik basınç" aralığına sahiptir. Ortam basıncı bu eşikten daha düşük olduğunda, penetrasyon derinliğinin artan eğilimi doymuş veya hatta biraz azalacaktır. Bu nedenle, vakum lazer kaynağı, 16 kW'lık bir lazer gücünde yaklaşık 50 mm'lik bir penetrasyon derinliği elde edebilir, bu da atmosferik ortamdaki kaynağın çok ötesindedir ve elektron ışını kaynağına benzer bir seviyeye ulaşabilir, ancak gerekli vakum derecesi elektron ışını kaynakından iki büyüklük sırasıdır. Aynı zamanda, kaynağın geometrisi de büyük ölçüde optimize edilir, daha derin ve daha dar hale gelir, elektron ışını kaynağına benzer derin ve paralel bir kaynak morfolojisi oluşturur. Bu derinleştirme etki, düşük ila orta hızlarda kaynak yaparken (yaklaşık 3.0 m/dk veya daha az) ve kaynak hızı 4 m/dakikayı aştığında, ortam basıncının etkisi ihmal edilebilir hale gelir.
Vakum ortamı, geleneksel yüksek - güç lazer kaynağında plazma tüy problemini temel olarak çözer. Geleneksel kaynakta, lazer ve malzemenin etkisi ile üretilen metal buhar, olay lazeri dağılacak, kıracak ve emecek, böylece iş parçasına ulaşan ve eritme derinliğini ve süreç kararlılığını etkileyen etkili enerjiyi azaltan yüksek - parlaklık plazma tüyü oluşturacaktır. Vakum ortamında, ortam basıncı 101 kPa'dan (atmosfer basıncı) azaldıkça, plazma tüyünün boyutu ve parlaklığı keskin bir şekilde azalır. Basınç 10 kPa'ya düştüğünde, güçlü lüminesans ve sıçrayan fenomen temel olarak kaybolur; Basınç 0.1 kPa'ya indirildiğinde, plazma tüyleri neredeyse tamamen bastırılır ve çıplak gözle görünmezdir. Plazmanın kaybolması, lazer enerjisinin iş parçasının derinliğine daha istikrarlı ve verimli bir şekilde bulaşabileceği anlamına gelir, bu da tüm kaynak işlemini daha kararlı hale getirir.
Süreç kararlılığındaki bu gelişme, erimiş havuzun ve anahtar deliğinin dinamik davranışının optimizasyonuna doğrudan yansır, bu da sonuçta kaynak kalitesinde bir sıçramaya yol açar. Yüksek - hız kamera gözlemleri, vakum koşulları altında, anahtar deliği girişinin ortalama çapının azaldığını ve yüzey erimiş havuzunun daha dar ve daha kararlı olduğunu buldu. X - Ray Real - zaman gözlemleri ayrıca vakumdaki anahtar deliği derinliğinin önemli ölçüde arttığını ve anahtar deliği ön duvarının eğim açısının arttığını ortaya koydu. Daha kararlı anahtar deliği ve erimiş havuz akışı, erimiş havuzdaki anahtar deliği çöküşü veya şiddetli dalgalanmaların neden olduğu gözenekler ve sıçramalar gibi kaynak kusurlarını büyük ölçüde azaltır, böylece daha yüksek kalite, yoğun ve olmayan - gözenekli kaynaklar elde eder.
3. Vakum lazer kaynağının uygulanması
Vakum lazer kaynak teknolojisi hala uygulamanın ilk aşamalarında olmasına rağmen, istikrarlı işlemin önemli avantajlarına dayanarak, vakum lazer kaynak teknolojisi hala uygulamanın ilk aşamalarında olmasına rağmen, otomotiv endüstrisi gibi yüksek - talep hassas üretim alanlarında büyük bir potansiyel göstermiştir. Otomotiv güç aktarma organı bileşenlerinin üretimi için çok uygundur. Almanya'daki bazı araştırma kurumları ve şirketler, Şekil 4'te gösterildiği gibi gezegenli dişli rafları gibi iletim bileşenlerinin kitlesel üretimine başarıyla uyguladılar. Vakum lazer kaynağı ile, dişli bileşenlerinin 25 mm'lik maksimum penetrasyon derinliği ile hassas bağlantısı, oksidasyon ve döküm kontaminasyonu ve dükkan kontaminasyonu ve dükkan kontaminasyonu hakkında endişelenmeden bir kez tamamlanabilir ve 6. Eklemler elde edilebilir.
Buna ek olarak, bu teknoloji ayrıca kalın plaka kaynağı alanında büyük atılımlar elde etmiştir, bu da geleneksel olarak esas olarak ince plaka yapıları için kullanılan lazer kaynağı için verimli, tek - geçiş kalın plaka kaynağı için yeni bir yol açmıştır. Vakum lazer kaynağı, yapısal çelik, paslanmaz çelik, nikel - bazlı alaşımlar, titanyum alaşımları ve hatta bakır alaşımları gibi çeşitli malzemelerin kalın plaka kaynağı olabilir. Araştırmalar, 16 kW'lık bir lazer gücü, 50 mm kalınlığında bir S690QL çelik plaka ve 38 mm'lik bir nikel - bazlı alaşım, iyi kaynak oluşumu ile bir seferde düşük hızda kaynaklanabileceğini göstermektedir. Bu güçlü özellik, kalın plaka kaynağı alanında elektron ışını kaynağının konumuna doğrudan meydan okumasını sağlar ve ayrıca daha düşük vakum gereksinimleri ve x - ışın radyasyon koruma sorunları gibi ek avantajlara sahiptir.
Vakum lazer kaynak teknolojisi, lazer kaynağını düşük - basınç ortamına yerleştirerek plazma paraziti ve dengesiz erimiş havuz gibi darboğazların etkili bir şekilde üstesinden gelir. Bu teknolojinin en önemli avantajı, genellikle atmosferik ortamın iki katından daha fazla ulaşabilen ve elektron ışını kaynağına benzer derin ve paralel kaynaklar oluşturabilen kaynak penetrasyonunu büyük ölçüde artırabilmesidir, ancak gerekli vakum derecesi elektron ışını kaynağından çok daha düşüktür. Bu performans sıçraması, plazma tüylerinin vakum ortamı tarafından etkili bir şekilde bastırılmasından kaynaklanıyor, böylece enerji kullanımını ve süreç istikrisini iyileştiriyor; Aynı zamanda, daha kararlı anahtar deliği ve erimiş havuz dinamik davranışı, gözenekler ve sıçrama gibi kusurları da büyük ölçüde azaltır ve daha yüksek kaliteli kaynaklar elde eder. Bu avantajlarla, vakum lazer kaynağı, otomotiv güç aktarma organı bileşenlerinin hassas üretimine ve çeşitli malzemelerin kalın plakalarının tek - geçiş kaynağına başarılı bir şekilde uygulanmıştır ve elektron ışını kaynağına meydan okuma potansiyelini gösterir.
