1. مقدمة
يحتل اللحام بالليزر موقعًا مهمًا في التصنيع الصناعي بدقة عالية وكفاءة عالية. ومع ذلك ، في السعي وراء كفاءة اللحام العالية واتصال المواد الأكثر سمكا ، واجه لحام ليزر الطاقة التقليدية العالية- اختناقات. أعمدة البلازما القوية ، وتجمعات المنصهرة بعنف ، والركض الحد من التوسع الإضافي لتطبيقه. في هذا السياق ، حول الباحثون انتباههم إلى بيئة العملية الخاصة -. تجمع تقنية اللحام بالليزر بالفراغ بين الليزر العالي - مع بيئات الضغط المنخفضة- لتحقيق عمق تغلغل أكبر. مع التطور السريع لليزر الطاقة العالية- في السنوات الأخيرة ، فإن هذه التكنولوجيا قد دخلت في حياة جديدة ، تُظهر قيمة بحثية رائعة وإمكانية للتطبيق.
2. المقارنة بين اللحام بالليزر بالفراغ ولحام الليزر
بالمقارنة مع اللحام بالليزر التقليدي في البيئة الجوية ، فإن لحام الليزر في الفراغ أو بيئة الضغط المنخفضة - سيخضع للتغيرات الأساسية في عمليتها البدنية وتأثير اللحام. الميزة الأكثر أهمية هي الزيادة الحادة في عمق اللحام. تُظهر كمية كبيرة من البيانات التجريبية أنه مع انخفاض الضغط المحيط ، سيزداد عمق اختراق اللحام بشكل كبير ، وفي ظل ظروف معينة ، يمكن أن يصل إلى مرتين أو أكثر من ذلك في البيئة الجوية. هذا التحسن له فاصل "ضغط حرج" ، وعادة ما بين 0.1 كيلو باسكال و 10 كيلو باسكال. عندما يكون الضغط المحيط أقل من هذا العتبة ، سيتم تشبع الاتجاه المتزايد لعمق الاختراق أو حتى انخفاض طفيف. لذلك ، يمكن لحام الليزر الفراغي أن يحقق عمق تغلغل حوالي 50 ملم عند قوة ليزر تبلغ 16 كيلوواط ، وهو ما يتجاوز بكثير اللحام في البيئة الجوية ويصل إلى مستوى مشابه لحام شعاع الإلكترون ، ولكن درجة الفراغ المطلوبة هي اثنين من الحجم أقل من لحام شعاع الإلكترون. في الوقت نفسه ، يتم أيضًا تحسين هندسة اللحام بشكل كبير ، حيث أصبحت أعمق وأضيق ، وتشكل مورفولوجيا لحام عميقة ومتوازية مماثلة لتلك الخاصة بحام شعاع الإلكترون. يكون هذا التأثير التعميق واضحًا بشكل خاص عند اللحام بسرعات منخفضة إلى متوسطة (حوالي 3.0 م/دقيقة أو أقل) ، وعندما تتجاوز سرعة اللحام 4 م/دقيقة ، يصبح تأثير الضغط المحيط ضئيلًا.
بيئة الفراغ تحل بشكل أساسي مشكلة بلوم البلازما في لحام الليزر التقليدي العالي-. في اللحام التقليدي ، سوف يشكل البخار المعدني الناتج عن عمل الليزر والمواد عمود البلازما السطوع العالي - ، والذي سوف يمتد ، ويكبر ويمتص ليزر الحادث ، ويشكل "تأثيرًا درعًا" ، وبالتالي يقلل من الطاقة الفعالة التي تصل إلى العمالة وتؤثر على عمق الذئب. في بيئة فراغ ، مع انخفاض الضغط المحيط من 101 كيلو باسكال (الضغط الجوي) ، ينخفض حجم وسطوع عمود البلازما بشكل حاد. عندما ينخفض الضغط إلى 10 كيلو باسكال ، تختفي ظاهرة التلألؤ القوي والمتناسخ بشكل أساسي ؛ عندما يتم تقليل الضغط إلى 0.1 كيلو باسكال ، يتم قمع عمود البلازما بالكامل تقريبًا وغير مرئي للعين المجردة. يعني اختفاء البلازما أن طاقة الليزر يمكن أن تنتقل إلى عمق قطعة العمل بشكل أكثر ثباتًا وكفاءة ، مما يجعل عملية اللحام بأكملها أكثر استقرارًا.
ينعكس هذا التحسن في استقرار العملية بشكل مباشر في تحسين السلوك الديناميكي للمسبح المنصهر وفتحة المفتاح ، مما يؤدي في النهاية إلى قفزة في جودة اللحام. وجدت ملاحظات كاميرا السرعة عالية- أنه في ظل الظروف الفراغية ، انخفض متوسط قطر مدخل ثقب المفتاح ، وأصبح تجمع السطح المنصهر أضيق وأكثر استقرارًا. كشفت X - Ray Real - وقتًا كبيرًا أن عمق ثقب المفاتيح في الفراغ زاد بشكل كبير ، وزادت زاوية الميل للجدار الأمامي للفتحة. يقلل المزيد من ثقب المفاتيح وتدفق البركة المنصهر بشكل كبير من عيوب اللحام مثل المسام والترشيات الناتجة عن انهيار ثقب المفتاح أو التقلبات العنيفة في تجمع المنصهر ، وبالتالي الحصول على جودة عالية ، ومكثفة وغير -.
3. تطبيق لحام الليزر الفراغي
استنادًا إلى مزاياها المهمة للعملية المستقرة ، لا توجد جودة لحام عالية ، على الرغم من أن تقنية اللحام بالليزر بالفراغ لا تزال في المراحل المبكرة من التطبيق ، فقد أظهرت إمكانات كبيرة في ملاعب تصنيع دقة عالية- مثل صناعة السيارات. إنه مناسب جدًا لتصنيع مكونات توليد الطاقة السيارات. قامت بعض مؤسسات الأبحاث والشركات في ألمانيا بتطبيقها بنجاح على الإنتاج الضخم لمكونات الإرسال مثل رفوف التروس الكوكبية ، كما هو مبين في الشكل 4. من خلال اللحام بالليزر بالفراغ ، يمكن إكمال الاتصال الدقيق لمكونات التروس مع وجود أقصى قدر من الاختراق من 25 ملم في وقت واحد دون القلق بشأن الأكسدة والتشجيع ، والتهوية {} يتم الحصول عليها.
بالإضافة إلى ذلك ، حققت هذه التكنولوجيا أيضًا اختراقات كبيرة في مجال اللحام السميك باللوحات ، مما يؤدي إلى فتح طريقة جديدة لتمرير اللحام الصفيح الكثيف ، الذي يستخدم بشكل أساسي ، بشكل أساسي لهياكل لوحة رقيقة. إن اللحام بالليزر الفراغي قادر على اللحام السميك للمواد المختلفة مثل الفولاذ الهيكلي ، والفولاذ المقاوم للصدأ ، والنيكل- ، وسبائك التيتانيوم ، وحتى سبائك النحاس. تشير الأبحاث إلى أنه مع قوة ليزر تبلغ 16 كيلو واط ، يمكن لحام سبيكة S690QL سميكة 50 مم وسبائك نيكل 38 مم - بسرعة منخفضة في واحدة ، مع تكوين لحام جيد. تمكنها هذه القدرة القوية من تحدي وضع اللحام الشعاعي للإلكترون مباشرة في مجال اللحام السميك باللوحات ، وله أيضًا مزايا إضافية مثل متطلبات الفراغ المنخفضة ولا توجد مشكلات في حماية إشعاع الأشعة X-.
تتغلب تقنية اللحام بالليزر بالفراغ على الاختناقات بشكل فعال مثل تداخل البلازما ومسبح المصورة غير المستقرة في اللحام التقليدي العالي - عن طريق وضع لحام الليزر في بيئة ضغط منخفضة -. تتمثل الميزة الأكثر أهمية في هذه التكنولوجيا في أنه يمكن أن تزيد بشكل كبير من تغلغل اللحام ، والذي يمكن أن يصل عادةً إلى أكثر من ضعف البيئة في الغلاف الجوي ، وتشكيل اللحامات العميقة والمتوازية المشابهة لحام شعاع الإلكترون ، في حين أن درجة الفراغ المطلوبة أقل بكثير من لحام شعاع الإلكترون. ويرجع قفزة الأداء هذه إلى القمع الفعال لبلوم البلازما من خلال بيئة الفراغ ، وبالتالي تحسين استخدام الطاقة واستقرار العملية ؛ في الوقت نفسه ، يقلل ثقب المفتاح الأكثر ثباتًا وحوض السباحة المنصهر أيضًا بشكل كبير من العيوب مثل المسام والركض ، ويحصل على اللحامات ذات الجودة العالية. من خلال هذه المزايا ، تم تطبيق اللحام بالليزر بالفراغ بنجاح على التصنيع الدقيق لمكونات توليد القوة للسيارات وحام تمرير - من لوحات سميكة من مواد مختلفة ، مما يدل على إمكانية تحدي لحام شعاع الإلكترون.
