1. Introducción
La soldadura con láser ocupa una posición importante en la fabricación industrial con su alta precisión y alta eficiencia. Sin embargo, en la búsqueda de una mayor eficiencia de soldadura y una conexión de material más gruesa, la soldadura láser de potencia más alta -} ha encontrado cuellos de botella. Fuertes columnas de plasma, agitaciones de fundición violentamente agitadas y salpicaduras limitan la mayor expansión de su aplicación. En este contexto, los investigadores han centrado su atención en un entorno de proceso especial - Vacuum. La tecnología de soldadura por láser de vacío combina láseres de potencia - con entornos de presión - bajos para lograr una mayor profundidad de penetración. Con el rápido desarrollo de láseres de potencia -} en los últimos años, esta tecnología ha introducido una nueva vida, mostrando un gran valor de investigación y potencial de aplicación.
2. Comparación entre soldadura con láser de vacío y soldadura por láser
En comparación con la soldadura láser tradicional en el entorno atmosférico, la soldadura por láser en vacío o un entorno de presión bajo - sufrirá cambios fundamentales en su proceso físico y efecto de soldadura. La ventaja más significativa es el fuerte aumento en la profundidad de soldadura. Una gran cantidad de datos experimentales muestra que a medida que disminuye la presión ambiente, la profundidad de penetración de la soldadura aumentará significativamente y, bajo ciertas condiciones, puede alcanzar dos veces o incluso más que en el entorno atmosférico. Esta mejora tiene un intervalo de "presión crítica", generalmente entre 0.1 kPa y 10 kPa. Cuando la presión ambiente es menor que este umbral, la tendencia creciente de la profundidad de penetración estará saturada o incluso disminuye ligeramente. Por lo tanto, la soldadura por láser al vacío puede lograr una profundidad de penetración de aproximadamente 50 mm en una potencia láser de 16 kW, que está mucho más allá de la soldadura en el entorno atmosférico y alcanza un nivel similar al de la soldadura del haz de electrones, pero el grado de vacío requerido es dos órdenes de magnitud más baja que la de la soldadura de haz de electrones. Al mismo tiempo, la geometría de la soldadura también está muy optimizada, cada vez más profunda y más estrecha, formando una morfología de soldadura profunda y paralela similar a la de la soldadura del haz de electrones. Este efecto de profundización es particularmente obvio cuando se soluciona a velocidades bajas a medianas (aproximadamente 3.0 m/min o menos), y cuando la velocidad de soldadura supera los 4 m/min, la influencia de la presión ambiente se vuelve insignificante.
El entorno de vacío resuelve fundamentalmente el problema de la columna de plasma en la soldadura láser de potencia de alta -}. En la soldadura tradicional, el vapor de metal generado por la acción del láser y el material formará una columna de plasma de brillo - alta, que se dispersará, refractará y absorberá el láser incidente, formando un "efecto de blindaje", reduciendo así la energía efectiva que alcanza la obra de trabajo y afectando la profundidad de la fusión y la estabilidad del proceso. En un entorno de vacío, a medida que la presión ambiente disminuye de 101 kPa (presión atmosférica), el tamaño y el brillo de la pluma plasmática disminuyen bruscamente. Cuando la presión cae a 10 kPa, la fuerte luminiscencia y el fenómeno de salpicaduras básicamente desaparecen; Cuando la presión se reduce aún más a 0.1 kPa, el penacho de plasma se suprime casi por completo e invisible a simple vista. La desaparición del plasma significa que la energía del láser se puede transmitir a la profundidad de la pieza de trabajo de manera más estable y eficiente, lo que hace que todo el proceso de soldadura sea más estable.
Esta mejora en la estabilidad del proceso se refleja directamente en la optimización del comportamiento dinámico de la piscina fundida y el ojo de teclado, lo que finalmente conduce a un salto en calidad de soldadura. Observaciones de cámara de velocidad altas - encontraron que en condiciones de vacío, el diámetro promedio de la entrada de ojo de teclado disminuyó y la piscina fundida de la superficie se volvió más estrecha y estable. X - ray Real - Las observaciones de tiempo revelaron además que la profundidad del ojo de la cerradura en el vacío aumentó significativamente, y el ángulo de inclinación de la pared delantera del ojo de teclado aumentó. El flujo de ojo de teclado y piscina fundida más estable reduce en gran medida los defectos de soldadura, como los poros y las salpicaduras, causadas por el colapso de la cerradura o las fluctuaciones violentas en la piscina fundida, obteniendo así las soldaduras porosas de mayor calidad, densa y no-.
3. Aplicación de soldadura por láser de vacío
Basado en sus ventajas significativas del proceso estable, no hay salpicaduras y alta calidad de soldadura, aunque la tecnología de soldadura por láser de vacío todavía se encuentra en las primeras etapas de la aplicación, ha mostrado un gran potencial en los campos de fabricación de precisión de la demanda -} de alta demanda, como la industria automotriz. Es muy adecuado para la fabricación de componentes automotrices del tren motriz. Some research institutions and companies in Germany have successfully applied it to the mass production of transmission components such as planetary gear racks, as shown in Figure 4. Through vacuum laser welding, the precision connection of gear components with a maximum penetration depth of 25 mm can be completed at one time without worrying about oxidation and spatter contamination, and defect-free high-quality joints can be obtenido.
Además, esta tecnología también ha logrado avances importantes en el campo de la soldadura de placas gruesas, abriendo una nueva forma de soldadura de placa gruesa eficiente y soltera de- para soldadura láser, que tradicionalmente se usa principalmente para estructuras de placas delgadas. La soldadura por láser al vacío es capaz de soldar de placa gruesa de varios materiales, como acero estructural, acero inoxidable, níquel - basadas en aleaciones, aleaciones de titanio e incluso aleaciones de cobre. La investigación muestra que con una potencia láser de 16 kW, una placa de acero S690QL de 50 mm de espesor y una aleación basada en níquel de 38 mm - se puede soldar a baja velocidad de una sola vez, con buena formación de soldadura. Esta poderosa capacidad le permite desafiar directamente la posición de la soldadura del haz de electrones en el campo de la soldadura de placa gruesa, y también tiene ventajas adicionales, como requisitos de vacío más bajos y no X - problemas de protección de radiación de rayos.
La tecnología de soldadura por láser de vacío supera efectivamente los cuellos de botella como la interferencia de plasma y el grupo fundido inestable en la soldadura de potencia tradicional alta -} colocando soldadura láser en un entorno de presión bajo-}. La ventaja más significativa de esta tecnología es que puede aumentar en gran medida la penetración de soldadura, que generalmente puede alcanzar más del doble que el entorno atmosférico, y formar soldaduras profundas y paralelas similares a la soldadura del haz de electrones, mientras que el grado de vacío requerido es mucho menor que el de la soldadura del haz de electrones. Este salto de rendimiento se debe a la supresión efectiva de la columna de plasma por el entorno del vacío, mejorando así la utilización de la energía y la estabilidad del proceso; Al mismo tiempo, el comportamiento dinámico más estable de ojo de teclado y piscina fundida también reduce en gran medida defectos como los poros y las salpicaduras, y obtiene soldaduras de mayor calidad. Con estas ventajas, la soldadura por láser de vacío se ha aplicado con éxito a la fabricación de precisión de componentes del tren motriz automotriz y soldadura de pase de -} de placas gruesas de varios materiales, mostrando el potencial para desafiar la soldadura por haz de electrones.
