1. Introdução
A soldagem a laser ocupa uma posição importante na fabricação industrial, com sua alta precisão e alta eficiência. No entanto, na busca de maior eficiência de soldagem e conexão de material mais espessa, a soldagem tradicional de laser de potência alta - encontrou gargalos. Plumas de plasma fortes, agitando violentamente as piscinas derretidas e respingos limitam a expansão adicional de sua aplicação. Nesse contexto, os pesquisadores voltaram sua atenção para um ambiente de processo especial - a vácuo. A tecnologia de soldagem a laser a vácuo combina alto - lasers de potência com ambientes de pressão -- para obter maior profundidade de penetração. Com o rápido desenvolvimento de altos lasers de potência - nos últimos anos, essa tecnologia inaugurou uma nova vida, mostrando um grande valor de pesquisa e potencial de aplicação.
2. Comparação entre soldagem a laser a vácuo e soldagem a laser
Comparado com a soldagem a laser tradicional no ambiente atmosférico, a soldagem a laser em vácuo ou um ambiente de pressão -} passará por mudanças fundamentais em seu processo físico e efeito de soldagem. A vantagem mais significativa é o aumento acentuado na profundidade da soldagem. Uma grande quantidade de dados experimentais mostra que, à medida que a pressão ambiental diminui, a profundidade da penetração da soldagem aumentará significativamente e, em certas condições, pode atingir duas ou até mais do que o do ambiente atmosférico. Essa melhoria tem um intervalo de "pressão crítica", geralmente entre 0,1 kPa e 10 kPa. Quando a pressão ambiente é menor que esse limiar, a tendência crescente da profundidade da penetração será saturada ou até ligeiramente diminuída. Portanto, a soldagem a laser a vácuo pode atingir uma profundidade de penetração de cerca de 50 mm a uma potência a laser de 16 kW, que está muito além da soldagem no ambiente atmosférico e atinge um nível semelhante ao da soldagem de feixe de elétrons, mas o grau de vácuo necessário é duas ordens de magnitude menor que a do reto eletrônico. Ao mesmo tempo, a geometria da solda também é bastante otimizada, tornando -se mais profunda e mais estreita, formando uma morfologia de solda profunda e paralela semelhante à da soldagem de feixe de elétrons. Esse efeito de aprofundamento é particularmente óbvio quando a soldagem em velocidades baixas a médias (cerca de 3,0 m/min ou menos) e, quando a velocidade de soldagem excede 4 m/min, a influência da pressão ambiente se torna insignificante.
O ambiente a vácuo resolve fundamentalmente o problema da pluma de plasma na soldagem tradicional de laser de potência. Na soldagem tradicional, o vapor de metal gerado pela ação do laser e do material formará uma pluma de plasma de brilho alto -, que se espalhará, refratará e absorverá o laser incidente, formando um "efeito de blindagem", reduzindo assim a energia efetiva da peça de trabalho e afetando a deposição e a deficiência de blindagem. Em um ambiente de vácuo, à medida que a pressão ambiente diminui de 101 kPa (pressão atmosférica), o tamanho e o brilho da pluma de plasma diminuem acentuadamente. Quando a pressão cai para 10 kPa, a forte luminescência e o fenômeno respingo desaparecem basicamente; Quando a pressão é reduzida para 0,1 kPa, a pluma de plasma é quase completamente suprimida e invisível a olho nu. O desaparecimento do plasma significa que a energia do laser pode ser transmitida para a profundidade da peça de trabalho de maneira mais deficiente e eficiente, tornando todo o processo de soldagem mais estável.
Essa melhoria na estabilidade do processo é refletida diretamente na otimização do comportamento dinâmico do pool derretido e do buraco da fechadura, o que leva a um salto na qualidade da solda. As observações de câmera de velocidade alta - descobriram que, sob condições de vácuo, o diâmetro médio da entrada do buraco da fechadura diminuiu e a piscina fundida da superfície se tornou mais estreita e mais estável. X - Ray real - Observações de tempo revelaram ainda que a profundidade do buraco da fechadura no vácuo aumentou significativamente e o ângulo de inclinação da parede frontal do buraco da fechadura aumentou. O fluxo mais estável do buraco da fechadura e do pool fundido reduz bastante defeitos de soldagem, como poros e respingos, causados pelo colapso do buraco da fechadura ou flutuações violentas no pool fundido, obtendo soldas porosas de alta qualidade, densas e não -}}.
3. Aplicação de soldagem a laser a vácuo
Com base em suas vantagens significativas de processo estável, não há mais respingos e alta qualidade de solda, embora a tecnologia de soldagem a laser a vácuo ainda esteja nos estágios iniciais da aplicação, mostrou um grande potencial em campos de fabricação de precisão de alta --, como a indústria automotiva. É muito adequado para a fabricação de componentes do trem de força automotivos. Algumas instituições de pesquisa e empresas na Alemanha a aplicaram com sucesso à produção em massa de componentes de transmissão, como racks de engrenagens planetárias, como mostrado na Figura 4. Através da soldagem a laser a vácuo, a conexão de precisão dos componentes da engrenagem com uma profundidade de penetração no máximo {a uma) {) é preenchida {), com uma lesão {), a {a uma) {a uma) {a »{) é a preferência {a uma) {a uma) {a uma) {a uma) {a uma) é preenchida: pode ser obtido.
Além disso, essa tecnologia também alcançou grandes avanços no campo de soldagem espessa de placas, abrindo uma nova maneira de -}}, abrindo uma maneira eficiente de soldagem de placa espessa para soldagem a laser, que é tradicionalmente usada principalmente para estruturas de placas finas. A soldagem a laser a vácuo é capaz de soldagem espessa de placa de vários materiais, como aço estrutural, aço inoxidável, níquel - ligas baseadas, ligas de titânio e até ligas de cobre. A pesquisa mostra que com uma potência a laser de 16 kW, uma placa de aço S690QL de 50 mm de espessura e um níquel de 38 mm - baseado em liga pode ser soldado em baixa velocidade de uma só vez, com boa formação de solda. Essa capacidade poderosa permite desafiar diretamente a posição da soldagem de feixe de elétrons no campo da soldagem espessa de placas e também possui vantagens adicionais, como requisitos mais baixos de vácuo e nenhum problema de proteção contra radiação de raios X -.
A tecnologia de soldagem a laser a vácuo supera efetivamente gargalos, como interferência de plasma e pool fundido instável na soldagem tradicional de -}, colocando a soldagem a laser em um ambiente de pressão baixo -. A vantagem mais significativa dessa tecnologia é que ela pode aumentar bastante a penetração de soldagem, que geralmente pode atingir mais do que o dobro do ambiente atmosférico e formar soldas profundas e paralelas semelhantes à soldagem do feixe de elétrons, enquanto o grau de vácuo necessário é muito menor que o da soldagem do feixe de elétrons. Esse salto de desempenho se deve à supressão efetiva da pluma de plasma pelo ambiente a vácuo, melhorando assim a utilização de energia e a estabilidade do processo; Ao mesmo tempo, o comportamento dinâmico mais estável do buraco da fechadura e da piscina derretida também reduz bastante defeitos como poros e respingos e obtém soldas de maior qualidade. Com essas vantagens, a soldagem a laser a vácuo foi aplicada com sucesso à fabricação de precisão de componentes do trem de força automotivos e {5-} passa a soldagem de placas grossas de vários materiais, mostrando o potencial de desafiar a soldagem de feixe de elétrons.
