1. Introduction
Le soudage au laser occupe une position importante dans la fabrication industrielle avec sa haute précision et sa grande efficacité. Cependant, dans la poursuite de l'efficacité de soudage plus élevée et de la connexion du matériau plus épais, le soudage au laser puissant élevé - a rencontré des goulots d'étranglement. Des panaches de plasma puissants, un barattage violemment en fusion et des éclaboussures limitent l'expansion supplémentaire de son application. Dans ce contexte, les chercheurs ont tourné leur attention vers un environnement de processus spécial - vide. La technologie de soudage laser à vide combine des lasers de puissance élevés - avec des environnements de pression faibles - pour atteindre une plus grande profondeur de pénétration. Avec le développement rapide de lasers de puissance élevés - ces dernières années, cette technologie a inauguré une nouvelle vie, montrant une grande valeur de recherche et un potentiel d'application.
2. Comparaison entre le soudage au laser à vide et le soudage au laser
Comparé au soudage au laser traditionnel dans un environnement atmosphérique, le soudage au laser sous vide ou un environnement de pression faible - subira des changements fondamentaux dans son processus physique et son effet de soudage. L'avantage le plus significatif est la forte augmentation de la profondeur de soudage. Une grande quantité de données expérimentales montre que à mesure que la pression ambiante diminue, la profondeur de pénétration du soudage augmentera considérablement et, dans certaines conditions, il peut atteindre deux fois ou même plus que dans l'environnement atmosphérique. Cette amélioration a un intervalle de "pression critique", généralement entre 0,1 kPa et 10 kPa. Lorsque la pression ambiante est inférieure à ce seuil, la tendance croissante de la profondeur de pénétration sera saturée ou même légèrement diminuée. Par conséquent, le soudage au laser à vide peut atteindre une profondeur de pénétration d'environ 50 mm à une puissance laser de 16 kW, ce qui est bien au-delà du soudage dans l'environnement atmosphérique et atteint un niveau similaire à celui du soudage du faisceau d'électrons, mais le degré de vide requis est deux ordres de magnitude plus bas que celui du soudage du faisceau d'électrons. Dans le même temps, la géométrie de la soudure est également très optimisée, devenant plus profonde et plus étroite, formant une morphologie de soudure profonde et parallèle similaire à celle du soudage du faisceau d'électrons. Cet effet d'approfondissement est particulièrement évident lors du soudage à des vitesses basses à moyennes (environ 3,0 m / min ou moins), et lorsque la vitesse de soudage dépasse 4 m / min, l'influence de la pression ambiante devient négligeable.
L'environnement sous vide résout fondamentalement le problème du panache de plasma dans le soudage laser puissant élevé - traditionnel. Dans le soudage traditionnel, la vapeur métallique générée par l'action du laser et du matériau formera un panache de plasma de luminosité - élevé, qui dispersera, réfractera et absorbera le laser incident, formant un "effet de blindage", réduisant ainsi l'énergie efficace atteignant la pièce de travail et affectant la stabilité de la profondeur et du processus de fusion. Dans un environnement sous vide, à mesure que la pression ambiante diminue de 101 kPa (pression atmosphérique), la taille et la luminosité du panache plasmatique diminuent fortement. Lorsque la pression tombe à 10 kPa, la forte luminescence et les phénomènes éclaboussants disparaissent essentiellement; Lorsque la pression est encore réduite à 0,1 kPa, le panache de plasma est presque complètement supprimé et invisible à l'œil nu. La disparition du plasma signifie que l'énergie laser peut être transmise à la profondeur de la pièce plus stable et efficacement, ce qui rend l'ensemble du processus de soudage plus stable.
Cette amélioration de la stabilité des processus se reflète directement dans l'optimisation du comportement dynamique du pool fondu et du trou de serrure, ce qui conduit finalement à un saut dans la qualité de la soudure. Des observations élevées de caméras de vitesse - ont révélé que dans des conditions de vide, le diamètre moyen de l'entrée du trou de serrure diminuait et que le pool fondu de surface est devenu plus étroit et plus stable. X - Ray Ray Real - Les observations de temps ont en outre révélé que la profondeur du trou de serrure dans le vide a augmenté de manière significative et que l'angle d'inclinaison de la paroi avant du trou de serrure augmentait. Un trou de serrure plus stable et un flux de piscine fondu réduit considérablement les défauts de soudage tels que les pores et les éclaboussures causés par l'effondrement du trou de serrure ou les fluctuations violentes dans le pool fondu, obtenant ainsi des soudures poreuses denses et non -.
3. Application du soudage au laser à vide
Sur la base de ses avantages importants de processus stable, aucune qualité de soudure, bien que la technologie de soudage au laser à vide en soit encore dans les premiers stades de l'application, il a montré un grand potentiel dans des domaines de fabrication de précision à forte - tels que l'industrie automobile. Il est très adapté à la fabrication de composants du groupe motopropulseur automobile. Certaines institutions de recherche et entreprises en Allemagne l'ont appliquée avec succès à la production de masse de composants de transmission tels que les racks de vitesse planétaire, comme le montre la figure 4. Grâce à la soudure laser à vide, la connexion de précision des composants d'engrenages avec une profondeur de pénétration maximale de 25 mm peut être complétée en même temps sans se soucier de l'oxydation et de la contribution des spame Les articulations peuvent être obtenues.
De plus, cette technologie a également réalisé des percées majeures dans le domaine du soudage à la plaque épais, ouvrant une nouvelle façon pour un soudage à plaques épaisses efficace et unique, qui est traditionnellement principalement utilisé pour les structures de plaques minces. Le soudage au laser sous vide est capable de souder épaisses de la plaque de divers matériaux tels que l'acier de structure, l'acier inoxydable, le nickel - aux alliages, les alliages de titane et même les alliages de cuivre. La recherche montre qu'avec une puissance laser de 16 kW, une plaque en acier S690QL de 50 mm d'épaisseur et un alliage à base de nickel de 38 mm - peuvent être soudés à basse vitesse en une seule fois, avec une bonne formation de soudure. Cette capacité puissante lui permet de défier directement la position du soudage du faisceau d'électrons dans le domaine du soudage à plaques épaisses, et présente également des avantages supplémentaires tels que les exigences de vide inférieures et pas de problèmes de rayonnement X -.
La technologie de soudage laser à vide surmonte efficacement les goulots d'étranglement tels que l'interférence du plasma et le pool fondu non instable dans le soudage de puissance traditionnel élevé - en plaçant le soudage laser dans un environnement de pression faible -. L'avantage le plus significatif de cette technologie est qu'elle peut augmenter considérablement la pénétration du soudage, qui peut généralement atteindre plus du double de celle de l'environnement atmosphérique, et former des soudures profondes et parallèles similaires au soudage du faisceau d'électrons, tandis que le degré de vide requis est beaucoup plus bas que celui du soudage par faisceau électronique. Ce saut de performance est dû à la suppression effective du panache de plasma par l'environnement du vide, améliorant ainsi l'utilisation de l'énergie et la stabilité des processus; Dans le même temps, le trou de serrure plus stable et le comportement dynamique de la piscine en fusion réduit également considérablement des défauts tels que les pores et les éclaboussures, et obtient des soudures de meilleure qualité. Avec ces avantages, le soudage au laser sous vide a été appliqué avec succès à la fabrication de précision des composants de groupe motopropulseur automobile et à un soudage unique - de plaques épaisses de divers matériaux, montrant le potentiel de défier le soudage par faisceau électronique.
