KTP是什么？
KTP是英国大学和英国企业之间的联合项目，为期1至3年。它的目标是将英国世界领先的研究部门（世界排名前100的大学中有18所是英国大学，英国大学占据第2和第4名）与英国企业连接起来。
这将世界一流的学术知识嵌入其商业部门，并同样确保研究部门了解现代商业的需求。这形成了大学，公司和负责管理合作伙伴关系和执行项目的“KTP合作伙伴”之间的三方安排。
拨款由资助机构Innovate UK发放，目前在全国范围内运行着800个KTP。这些项目非常成功，每1英镑投资平均带来8英镑的回报。
项目概况
该KTP是CVE与克兰菲尔德大学焊接和增材制造（WAM）中心之间的合作伙伴关系，旨在开发真空激光焊接。该项目于 2021 年 1 月启动，目标广泛，涵盖工艺和设备。
工艺方面涉及了解材料对激光真空焊接中不同参数的反应，而设备方面涉及解决阻碍激光真空焊接工业可行性的工程问题。
毕竟，单个好的焊接几乎没有内在价值，一台设备必须能够持续多年地生产出良好的焊接。
克兰菲尔德大学
946. 这所专门的研究生机构可以追溯到第二次世界大战后，当时皇家航空学院于 1946 年在贝德福德郡克兰菲尔德的英国皇家空军基地成立。
1969年，该学院被皇家宪章并入克兰菲尔德理工学院，现在已经从航空扩展到涵盖制造和管理。
今天，克兰菲尔德涵盖了广泛的行业，从航空航天和国防到环境和农业食品。该大学在高质量和商业相关研究方面的声誉使其成为许多领域值得信赖的工业合作伙伴。
克兰菲尔德大学的焊接理学硕士课程已有60年的历史，许多英国大公司的制造部门都有克兰菲尔德的校友，从高级管理人员到初级工程师。在最近的焊接硕士课程60周年纪念日，这些毕业生中的许多人回到了他们漫长而辉煌的职业生涯开始的地方来庆祝克兰菲尔德和WAM中心引以为豪的历史，并期待一个光明和创新的未来。
图1. 克兰菲尔德的焊接和增材制造设施。图片由克兰菲尔德大学提供
剑桥真空工程 CVE
CVE也拥有悠久而卓越的历史，在制造电子束焊机和真空炉方面拥有60多年的经验。已向全球客户交付了 1000多台设备，在构建和维护真空电子束焊接系统方面拥有数十年的经验和机构专业知识。
CVE 在美国和中国设有分公司，主要生产基地位于英国剑桥郊外，为其国际客户群提供快速、高质量的服务支持。出厂的设备表现了出色性能和使用寿命，我们的一些客户仍然很高兴使用25年以上的旧设备。
几年前，我们扩大了产品范围，增加了大气条件下激光焊机和真空激光焊机。传统激光焊接是一项成熟的技术，CVE在工装，操作界面和安全性方面的专业知识使业务扩展到传统激光焊机无缝衔接。随着真空激光焊接的出现，新技术不断更新，遇到了需要创新解决方案的更复杂的挑战。
真空激光焊接：历史
真空激光焊接最初是在20世纪80年代在日本发展起来的。它的开发是为了分散对高功率CO2激光器有害的等离子体羽流。直到2010年代初，真空激光焊接才受到特别的关注或采用。
学术界和工业界的兴趣都显着增长，该技术在某些应用中是电子束的更可靠和经济的替代品，而在其他应用中则是传统激光焊接的更高质量的替代品。
真空激光焊接：优势
真空中的激光可实现以前只有电子束焊接才能实现的熔深和焊接质量，同时提供电子束难以匹敌的灵活性和可靠性。
这是由于真空的物理特性，在减压状态下，所有材料的沸点都降低了，这使得更多的材料被激光束蒸发，从而使焊缝穿透得更深。
质量主要来自真空中的易排气性，因为锁孔内的气体不会受到周围大气气体逸出的阻碍，蒸发的金属可以在材料再凝固和形成孔隙之前逸出锁孔和熔池。
通常在焊缝上方看到的羽流在真空中几乎不存在（取决于真空度），因为在真空中同样容易分散，这减少了熔池上的摩擦，部分导致飞溅。
与电子束相比的优势来自激光束本身，不受磁场的影响，不产生X射线。这两种技术之间的比较很复杂，都有其优点和缺点。有关传统激光、电子束和真空激光的完整比较，您可以在此处阅读我们的帖子
真空激光焊接：挑战
真空激光焊接所涉及的挑战可分为两大类：工艺挑战和机器设计中的工程挑战。
工艺挑战是特定于应用的（例如，在高熔深应用中的根部孔隙率和凸起问题），并且需要可靠工作的机器来测试和解决。一台可靠工作的机器至少需要克服真空激光焊接所涉及的一些工程挑战，使这些挑战成为该项目的优先事项。
现在这些挑战已经克服，重点转向特定应用的挑战，以及评估真空激光对行业的适用性。
KTP 到目前为止
团队的第一个任务是了解我们面临的挑战到底是什么。窗污染问题直观上可以理解，但需要详细研究才能充分理解并解决。从CVE的内部开发中获得一个可用的工作原型，这被用作起点。经过几周的测试，窗污染问题得到了很好的理解，这些知识被用作最终解决方案的基础。
这里所提到的窗口是激光耦合窗口，这是一个至关重要的组成部分，因为它允许加工激光束进入真空室。当激光束离开激光器时，它被发射到光纤中，光纤又连接到激光头，激光头对准和聚焦激光。激光器、光纤传输和聚焦头都位于真空室外，激光必须通过一个高度透明的（对激光波长）窗口照射，从而在真空室中焊接。焊接是一个充满能量的过程，产生的碎片会污染窗口，吸收激光能量，最终使窗口无法使用。
发现窗口污染有两种形式：金属蒸气和飞溅物。金属蒸气是从焊缝中蒸发并离开锁眼的金属，它会在其遇到的第一个表面上传播并沉积。如果该表面是激光耦合窗口，则窗口会在整个表面上慢慢失去透射率，导致到达焊缝的能量损失，并随着窗口加热和变形而将原本平坦的窗口变成弯曲透镜（称为热透镜），最终散焦光束。这对焊接非常不利，虽然一些能量损耗是可以接受的并且可以补偿，但能量损耗和热透镜的综合效应会导致不可接受的焊缝。
第二种形式的污染，飞溅物，是两者中更随机的。可以预期金属蒸气会持续且可预测地降低窗户的性能。相反的，飞溅物基本上以随机方向从焊缝喷射出来。飞溅物的大小和速度各不相同，在更高的功率和穿透深度下会产生更大更快的飞溅物。撞击激光窗口的飞溅物会产生对激光不透明的小斑点，这些斑点会在每次激光发射时吸收激光的热量，并且随着时间的推移缓慢膨胀，因为周围的物质被加热，透射性降低，导致失控过程。如果飞溅物足够大，它可以在几秒钟内使窗口无法使用。
图3. 一个被大飞溅物损坏而无法修复的窗口
图4. 被金属蒸气严重腐蚀的窗口
咨询真空焊接设备：13501282025
开发解决方案
上述知识有助于制定解决方案，因为它允许根据证据调整概念和想法。例如，早期的概念解决方案是在窗口上涂上特殊涂层，以防止金属蒸气粘附在窗户上，就像眼镜上的防雾涂层一样。如果没有对问题的详细了解，很容易认为这是一个完整的解决方案。然而，有了更详细的知识，我们可以立即发现这并不能解决飞溅问题，因为没有涂层既可以阻止飞溅，又对红外辐射非常透明。
第一个窗口保护系统原型虽然在一段时间内有效地保护了激光窗口，但引起了一个重要的次级问题：烟尘的产生。这在我们之前的帖子中已经详细介绍了，所以请前往那里阅读有关该主题的更多信息。为了解决烟尘产生问题，需要一个全新的解决方案，并利用对窗口污染问题和烟尘问题的知识，对其进行了开发和测试。新的解决方案避免了烟尘问题，并在中等功率下产生长达数小时的窗口寿命。同时，设计了一个窗户交换系统，用于激光窗口的快速转换。较长的窗口寿命和较短的交换时间使真空激光焊接工艺能够与电子束焊接的类似钨丝更换工艺竞争，这是该技术商业化的关键里程碑。
随着许多常见应用程序中的窗口问题的解决，该团队现在将重点转向不同行业的应用程序测试。真空激光已经看到一些高质量的学术研究，专注于其对特定行业的适用性，全球的学术机构、最终用户和制造商已经进行了自己的测试。综上所述，真空激光焊接目前的市场渗透率较低，尽管越来越多的组织开始看到它比他们当前选择的工艺（无论是电子束、标准激光，甚至是多道次 SAW）的优势。由于目前的低采用率和该技术的可能用途，大多数尚未经过测试。在这些应用中，尤其是电子束为主导的工艺，大多数不需要进行大量测试即可产生匹配或超过所需质量的焊缝。这是由于真空激光焊接工艺的稳定性和稳健性，焊缝无缺陷，以及电子束和真空激光焊接之间焊缝轮廓的相似性。
应用测试的范围从非常浅的低于mm到超过30mm的渗透焊缝。将可变工艺参数(速度、功率、振荡、光斑大小等)转换为符合特定要求(最小/最大焊缝高度/下填量、半深宽度、穿透深度、根半径等)的焊接特征的过程并不总是一个简单的过程，可能需要对工艺有深刻的了解。幸运的是，这种理解是建立在每个测试过的应用程序的基础上的，并且合作伙伴关系现在已经建立了一个关于在各种应用程序中实现预期结果的最佳方法的强大知识基础。
在整个项目中，团队一直在利用每一个新的开发或知识来改善客户合同的运行，并为感兴趣的客户提供新的选择。凭借强大的技术工艺知识基础和针对以前关键挑战的成熟解决方案，该合作伙伴关系现在正在努力实现这种强大的新工具在焊接武器库中的潜力。
亮点：
这个项目有许多值得庆祝的伟大时刻。无烟窗保护系统的成功测试是一个伟大的里程碑，为真空激光焊接面临的最棘手的两方面挑战之一提供了解决方案。
另一件非常高兴的事是过去一年在东京举行的IIW 2022年国际激光工业年会和在制造技术中心由工业激光用户协会组织的大功率激光焊接研讨会上的会议和研讨会介绍。这些会议是与更广泛的焊接界分享我们进展的宝贵机会，我们非常感谢主办机构。
另一个亮点是获得了KTP未来领袖奖的提名，这是一个巨大的荣誉和荣幸看到其他一些突破性的KTP项目目前正在运行。
展望未来 ：
真空激光焊接的未来是光明的，许多行业都可以从真空激光提供的质量水平和灵活性中受益。
该技术为焊接较厚的截面节省了大量的能源和时间，对于降低制造可持续能源基础设施的碳足迹至关重要。
真空激光焊接的全部潜力尚未实现，但几年前存在的许多障碍现在已经通过多个研究和商业组织的辛勤工作消除了。
在过去的5年里，每年发表的关于该主题的论文数量急剧增加，并且该技术的成熟度开始在工业界得到注意。
与大多数新技术一样，进步是渐进式的，来自世界各地的许多不同的人和组织做出了贡献，直到技术最终准备好真正实施，其使用量出现突然而快速的增长。
真空焊接中的激光已经达到了这个准备点，我们期待着实现它将为我们的客户带来的好处。
