1. Giới thiệu
Hàn laser chiếm một vị trí quan trọng trong sản xuất công nghiệp với độ chính xác cao và hiệu quả cao. Tuy nhiên, trong việc theo đuổi hiệu quả hàn cao hơn và kết nối vật liệu dày hơn, truyền thống -} Hàn laser năng lượng đã gặp phải tắc nghẽn. Các luồng huyết tương mạnh mẽ, tăng dữ dội các bể nóng chảy và Spatter hạn chế sự mở rộng hơn nữa của ứng dụng. Trong bối cảnh này, các nhà nghiên cứu đã chuyển sự chú ý của họ sang một môi trường quy trình đặc biệt - chân không. Công nghệ hàn laser chân không kết hợp các laser công suất cao - với môi trường áp suất- thấp để đạt được độ sâu thâm nhập lớn hơn. Với sự phát triển nhanh chóng của các laser sức mạnh - trong những năm gần đây, công nghệ này đã mở ra một cuộc sống mới, cho thấy giá trị nghiên cứu và tiềm năng ứng dụng tuyệt vời.
2. So sánh giữa hàn laser chân không và hàn laser
So với hàn laser truyền thống trong môi trường khí quyển, hàn laser trong chân không hoặc thấp - Môi trường áp lực sẽ trải qua những thay đổi cơ bản trong quá trình vật lý và hiệu ứng hàn. Ưu điểm đáng kể nhất là sự gia tăng mạnh về độ sâu hàn. Một lượng lớn dữ liệu thử nghiệm cho thấy rằng khi áp suất xung quanh giảm, độ sâu thâm nhập hàn sẽ tăng đáng kể và trong một số điều kiện nhất định, nó có thể đạt đến hai lần hoặc thậm chí nhiều hơn so với môi trường khí quyển. Sự cải thiện này có khoảng "áp lực tới hạn", thường là từ 0,1 kPa đến 10 kPa. Khi áp suất xung quanh thấp hơn ngưỡng này, xu hướng tăng của độ sâu thâm nhập sẽ bị bão hòa hoặc thậm chí giảm nhẹ. Do đó, hàn laser chân không có thể đạt được độ sâu thâm nhập khoảng 50 mm ở công suất laser là 16 kW, vượt xa sự hàn trong môi trường khí quyển và đạt đến mức tương tự như hàn chùm tia điện tử, nhưng mức độ chân không cần thiết là hai bậc thấp hơn so với hàn chùm tia điện tử. Đồng thời, hình học của mối hàn cũng được tối ưu hóa rất nhiều, trở nên sâu sắc hơn và hẹp hơn, tạo thành một hình thái hàn sâu và song song tương tự như hàn chùm tia điện tử. Hiệu ứng sâu này là đặc biệt rõ ràng khi hàn ở tốc độ thấp đến trung bình (khoảng 3,0 m/phút hoặc ít hơn) và khi tốc độ hàn vượt quá 4 m/phút, ảnh hưởng của áp suất xung quanh trở nên không đáng kể.
Môi trường chân không giải quyết cơ bản vấn đề plasma plasma trong truyền thống cao - hàn laser năng lượng. Trong hàn truyền thống, hơi kim loại được tạo ra bởi tác động của laser và vật liệu sẽ tạo thành một plasma plasma độ sáng -, sẽ phân tán, khúc xạ và hấp thụ tia laser tới, tạo thành "hiệu ứng che chắn", do đó làm giảm năng lượng hiệu quả đạt đến công việc và ảnh hưởng đến độ suy giảm độ tan của quá trình. Trong môi trường chân không, khi áp suất xung quanh giảm từ 101 kPa (áp suất khí quyển), kích thước và độ sáng của plasma plasma giảm mạnh. Khi áp lực giảm xuống còn 10 kPa, hiện tượng phát quang và làm tăng tốc độ mạnh về cơ bản biến mất; Khi áp suất giảm xuống còn 0,1 kPa, Plasma Plume gần như bị ức chế hoàn toàn và vô hình với mắt thường. Sự biến mất của plasma có nghĩa là năng lượng laser có thể được truyền đến độ sâu của phôi ổn định và hiệu quả hơn, làm cho toàn bộ quá trình hàn ổn định hơn.
Sự cải thiện về tính ổn định của quá trình này được phản ánh trực tiếp trong việc tối ưu hóa hành vi động của nhóm nóng chảy và lỗ khóa, cuối cùng dẫn đến một bước nhảy vọt về chất lượng mối hàn. Cao - Các quan sát camera tốc độ cho thấy trong điều kiện chân không, đường kính trung bình của lối vào lỗ khóa giảm và bể nóng chảy bề mặt trở nên hẹp hơn và ổn định hơn. X - ray real - Quan sát thời gian cho thấy tiếp tục tiết lộ rằng độ sâu lỗ khóa trong chân không tăng đáng kể và góc nghiêng của tường phía trước lỗ khóa tăng lên. Lưu lượng lỗ khóa ổn định hơn và lưu lượng bể nóng chảy làm giảm đáng kể các khiếm khuyết hàn như lỗ chân lông và spatter gây ra bởi sự sụp đổ lỗ khóa hoặc dao động bạo lực trong bể nóng chảy, do đó có được chất lượng cao hơn, dày đặc và không - các mối hàn xốp.
3. Áp dụng hàn laser chân không
Dựa trên những lợi thế đáng kể của quy trình ổn định, không có chất lượng hàn và hàn cao, mặc dù công nghệ hàn laser chân không vẫn còn trong giai đoạn đầu của ứng dụng, nó đã cho thấy tiềm năng lớn trong các trường sản xuất chính xác nhu cầu- nhu cầu cao như ngành công nghiệp ô tô. Nó rất phù hợp cho việc sản xuất các thành phần hệ thống truyền động ô tô. Một số tổ chức nghiên cứu và các công ty ở Đức đã áp dụng thành công nó vào việc sản xuất hàng loạt các thành phần truyền như giá đỡ bánh răng hành tinh, như trong Hình 4. Thông qua hàn laser chân không, kết nối chính xác của các thành phần bánh răng có thể hoàn thành thu được.
Ngoài ra, công nghệ này cũng đã đạt được những đột phá lớn trong lĩnh vực hàn tấm dày, mở ra một cách mới để hiệu quả, đơn {}}} Pass Hàn tấm dày cho hàn laser, theo truyền thống chủ yếu được sử dụng cho các cấu trúc tấm mỏng. Hàn laser chân không có khả năng hàn tấm dày của các vật liệu khác nhau như thép kết cấu, thép không gỉ, niken - hợp kim dựa trên, hợp kim titan và thậm chí hợp kim đồng. Nghiên cứu cho thấy với công suất laser 16 kW, tấm thép S690QL dày 50 mm và hợp kim dựa trên niken 38 mm - có thể được hàn qua tốc độ thấp trong một lần, với sự hình thành mối hàn tốt. Khả năng mạnh mẽ này cho phép nó thách thức trực tiếp vị trí hàn chùm electron trong lĩnh vực hàn tấm dày, và cũng có các lợi thế bổ sung như yêu cầu chân không thấp hơn và không có X - các vấn đề bảo vệ bức xạ tia.
Công nghệ hàn laser chân không vượt qua hiệu quả các tắc nghẽn như nhiễu plasma và bể nóng chảy không ổn định trong truyền thống cao - bằng cách đặt hàn laser trong môi trường áp lực- thấp. Ưu điểm đáng kể nhất của công nghệ này là nó có thể làm tăng đáng kể sự thâm nhập hàn, thường có thể đạt hơn hai lần so với môi trường khí quyển, và hình thành các mối hàn sâu và song song tương tự như hàn chùm tia điện tử, trong khi mức độ chân không cần thiết thấp hơn nhiều so với hàn chùm electron. Bước nhảy vọt hiệu suất này là do sự ức chế hiệu quả của Plasma Plume bởi môi trường chân không, do đó cải thiện việc sử dụng năng lượng và sự ổn định của quá trình; Đồng thời, hành vi động cơ và động vật nóng chảy ổn định hơn cũng làm giảm đáng kể các khiếm khuyết như lỗ chân lông và spatter, và thu được các mối hàn chất lượng cao hơn. Với những lợi thế này, hàn laser chân không đã được áp dụng thành công cho việc sản xuất chính xác các thành phần hệ truyền động ô tô và đơn - Hàn của các tấm dày của các vật liệu khác nhau, cho thấy khả năng thách thức hàn chùm tia điện tử.
