1. บทนำ
การเชื่อมด้วยเลเซอร์อยู่ในตำแหน่งที่สำคัญในการผลิตอุตสาหกรรมที่มีความแม่นยำสูงและมีประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตามในการแสวงหาประสิทธิภาพการเชื่อมที่สูงขึ้นและการเชื่อมต่อวัสดุที่หนาขึ้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์พลังงานสูงแบบดั้งเดิม - การเชื่อมพลังงานเลเซอร์ได้พบคอขวด พลาสม่าพลาสม่าที่แข็งแกร่งการปั่นป่วนสระหลอมเหลวอย่างรุนแรงและการสปา จำกัด การขยายตัวของการใช้งานเพิ่มเติม ในบริบทนี้นักวิจัยได้หันมาสนใจสภาพแวดล้อมกระบวนการพิเศษ - สูญญากาศ เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์สูญญากาศรวมเลเซอร์พลังงานสูง - ที่มีสภาพแวดล้อมความดันต่ำ - ต่ำเพื่อให้ได้ความลึกการเจาะที่มากขึ้น ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเลเซอร์พลังงานสูง - ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเทคโนโลยีนี้ได้นำไปสู่ชีวิตใหม่แสดงคุณค่าการวิจัยที่ยอดเยี่ยมและศักยภาพในการใช้งาน
2. การเปรียบเทียบระหว่างการเชื่อมเลเซอร์สูญญากาศและการเชื่อมด้วยเลเซอร์
เมื่อเทียบกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบดั้งเดิมในสภาพแวดล้อมในบรรยากาศการเชื่อมด้วยเลเซอร์ในสุญญากาศหรือต่ำ - สภาพแวดล้อมความดันจะได้รับการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานในกระบวนการทางกายภาพและผลการเชื่อม ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดคือการเพิ่มความลึกของการเชื่อม ข้อมูลการทดลองจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าเมื่อความดันโดยรอบลดลงความลึกการเจาะการเชื่อมจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและภายใต้เงื่อนไขบางประการมันสามารถเข้าถึงได้สองครั้งหรือมากกว่าในสภาพแวดล้อมในบรรยากาศ การปรับปรุงนี้มีช่วงเวลา "ความดันวิกฤต" ซึ่งมักจะอยู่ระหว่าง 0.1 kPa ถึง 10 kPa เมื่อความดันโดยรอบต่ำกว่าเกณฑ์นี้แนวโน้มที่เพิ่มขึ้นของความลึกการเจาะจะอิ่มตัวหรือลดลงเล็กน้อย ดังนั้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์สูญญากาศสามารถบรรลุความลึกการเจาะประมาณ 50 มม. ที่กำลังเลเซอร์ 16 กิโลวัตต์ซึ่งอยู่ไกลเกินกว่าการเชื่อมในสภาพแวดล้อมในบรรยากาศและถึงระดับที่คล้ายกับการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน ในเวลาเดียวกันเรขาคณิตของการเชื่อมได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างมากกลายเป็นลึกและแคบลงทำให้เกิดสัณฐานวิทยาเชื่อมลึกและขนานคล้ายกับการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน เอฟเฟกต์ที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นนี้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการเชื่อมที่ความเร็วต่ำถึงปานกลาง (ประมาณ 3.0 m/นาทีหรือน้อยกว่า) และเมื่อความเร็วในการเชื่อมเกิน 4 m/นาทีอิทธิพลของแรงดันโดยรอบจะเล็กน้อย
สภาพแวดล้อมสูญญากาศช่วยแก้ปัญหาพลาสมาขนนกในระดับสูงแบบดั้งเดิม - การเชื่อมด้วยแสงเลเซอร์ ในการเชื่อมแบบดั้งเดิมไอของโลหะที่เกิดจากการกระทำของเลเซอร์และวัสดุจะก่อให้เกิดความสว่างสูง - พลาสมาความสว่างซึ่งจะกระจาย, หักเหหักเหและดูดซับเลเซอร์ที่เกิดขึ้นทำให้เกิด "ผลการป้องกัน" ซึ่งจะช่วยลดพลังงานที่มีประสิทธิภาพ ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศเนื่องจากความดันโดยรอบลดลงจาก 101 kPa (ความดันบรรยากาศ) ขนาดและความสว่างของพลาสมาขนนกจะลดลงอย่างรวดเร็ว เมื่อความดันลดลงถึง 10 kPa การเรืองแสงที่แข็งแกร่งและปรากฏการณ์ที่กระแทกโดยทั่วไปจะหายไป; เมื่อความดันลดลงเป็น 0.1 kPa ต่อไปพลาสมาขนนกจะถูกระงับและมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า การหายไปของพลาสมาหมายความว่าพลังงานเลเซอร์สามารถส่งผ่านไปยังความลึกของชิ้นงานที่เสถียรและมีประสิทธิภาพมากขึ้นทำให้กระบวนการเชื่อมทั้งหมดมีเสถียรภาพมากขึ้น
การปรับปรุงความเสถียรของกระบวนการนี้สะท้อนให้เห็นโดยตรงในการเพิ่มประสิทธิภาพของพฤติกรรมแบบไดนามิกของสระว่ายน้ำที่หลอมเหลวและรูกุญแจซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การก้าวกระโดดในคุณภาพการเชื่อม การสังเกตกล้องความเร็วสูง - พบว่าภายใต้สภาวะสูญญากาศเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของทางเข้ารูกุญแจลดลงและสระว่ายน้ำที่หลอมเหลวของพื้นผิวจะแคบลงและมีเสถียรภาพมากขึ้น X - Ray Real - การสังเกตเวลาเปิดเผยเพิ่มเติมว่าความลึกรูกุญแจในสูญญากาศเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและมุมเอียงของผนังด้านหน้ารูกุญแจเพิ่มขึ้น รูกุญแจที่มีเสถียรภาพมากขึ้นและการไหลของสระว่ายน้ำหลอมเหลวจะช่วยลดข้อบกพร่องในการเชื่อมอย่างมากเช่นรูขุมขนและสปาสเตอร์ที่เกิดจากรูกุญแจล่มสลายหรือความผันผวนอย่างรุนแรงในสระว่ายน้ำหลอมเหลวจึงได้รับคุณภาพสูงความหนาแน่นและไม่ใช่- เส้นเชื่อมที่มีรูพรุน
3. การประยุกต์ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์สูญญากาศ
ขึ้นอยู่กับข้อได้เปรียบที่สำคัญของกระบวนการที่มั่นคงไม่มีคุณภาพการเชื่อมและการเชื่อมสูงแม้ว่าเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์สูญญากาศยังคงอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการใช้งาน แต่ก็แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ดีในสาขาการผลิตที่มีความแม่นยำสูงเช่นอุตสาหกรรมยานยนต์ เหมาะมากสำหรับการผลิตส่วนประกอบระบบส่งกำลังยานยนต์ สถาบันวิจัยและ บริษัท บางแห่งในประเทศเยอรมนีประสบความสำเร็จในการผลิตส่วนประกอบการส่งผ่านเช่นชั้นวางเกียร์ของดาวเคราะห์ดังแสดงในรูปที่ 4 ผ่านการเชื่อมด้วยเลเซอร์สูญญากาศการเชื่อมต่อที่แม่นยำของส่วนประกอบเกียร์ สามารถรับได้
นอกจากนี้เทคโนโลยีนี้ยังประสบความสำเร็จอย่างมากในสนามเชื่อมแผ่นหนาเปิดวิธีการใหม่สำหรับประสิทธิภาพ - ผ่านการเชื่อมแผ่นหนาสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับโครงสร้างแผ่นบาง ๆ การเชื่อมด้วยเลเซอร์สูญญากาศมีความสามารถในการเชื่อมแผ่นหนาของวัสดุต่าง ๆ เช่นเหล็กโครงสร้าง, สแตนเลส, นิกเกิล - โลหะผสม, โลหะผสมไทเทเนียมและโลหะผสมทองแดง การวิจัยแสดงให้เห็นว่าด้วยพลังเลเซอร์ 16 kW แผ่นเหล็ก S690QL หนา 50 มม. และโลหะผสม 38 มม. - สามารถเชื่อมได้ด้วยความเร็วต่ำในครั้งเดียว ความสามารถที่ทรงพลังนี้ช่วยให้สามารถท้าทายตำแหน่งของการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอนโดยตรงในสนามเชื่อมแผ่นหนาและยังมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมเช่นข้อกำหนดสูญญากาศที่ต่ำกว่าและไม่มี X - ปัญหาการป้องกันรังสีรังสี
เทคโนโลยีการเชื่อมเลเซอร์สูญญากาศเอาชนะคอขวดได้อย่างมีประสิทธิภาพเช่นการรบกวนพลาสมาและสระว่ายน้ำหลอมเหลวที่ไม่เสถียรในการเชื่อมพลังงานสูงแบบดั้งเดิม- การเชื่อมพลังงานโดยการเชื่อมเลเซอร์ในสภาพแวดล้อมความดันต่ำ - ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยีนี้คือมันสามารถเพิ่มการเจาะการเชื่อมอย่างมากซึ่งโดยปกติจะสามารถเข้าถึงได้มากกว่าสองเท่าของสภาพแวดล้อมในบรรยากาศและสร้างรอยเชื่อมลึกและขนานคล้ายกับการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอนในขณะที่ระดับสูญญากาศที่ต้องการต่ำกว่าการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน การก้าวกระโดดประสิทธิภาพนี้เกิดจากการปราบปรามที่มีประสิทธิภาพของพลาสมาขนนกโดยสภาพแวดล้อมสูญญากาศซึ่งจะเป็นการปรับปรุงการใช้พลังงานและความเสถียรของกระบวนการ ในขณะเดียวกันพฤติกรรมที่มีความเสถียรและสระว่ายน้ำที่มีความเสถียรมากขึ้นยังช่วยลดข้อบกพร่องอย่างมากเช่นรูขุมขนและสปาและได้รับการเชื่อมที่มีคุณภาพสูงขึ้น ด้วยข้อได้เปรียบเหล่านี้การเชื่อมด้วยเลเซอร์สูญญากาศได้ถูกนำไปใช้กับการผลิตที่แม่นยำของส่วนประกอบระบบส่งกำลังยานยนต์และ - การเชื่อมผ่านแผ่นหนาของวัสดุต่าง ๆ แสดงศักยภาพในการท้าทายการเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน
