Laserteknologi

Har du stødt på svejsefejl såsom overdreven sprøjt, uæstetiske svejsesømme og mange porer efter svejsning? Mens du måske undrer dig over, om det skyldes forkerte indstillinger af laser-svejseprocesparametrene, er du klar over, at korrekt anvendelse af beskyttelsesgas også er en afgørende faktor, der påvirker svejsesømmens udseende og egenskaber? At vælge den optimale beskyttelsesgas er faktisk en måde at forbedre svejsekvaliteten og -effektiviteten på.

Da beskyttelsesgas er så vigtig, hvad er dens præcise funktion? Hvordan vælger du den rigtige type beskyttelsesgas? Hvordan skal beskyttelsesgassen tilføres under svejsningen?

Funktionen af beskyttelsesgas

Ved laser svejsning påvirker beskyttelsesgassen svejseformningen, svejsekvaliteten, svejseindtrængen og svejsebredden. I de fleste tilfælde har tilblæsning af beskyttelsesgas en positiv virkning på svejsningen, men den kan også have uønskede effekter.

Positive virkninger

1) Korrekt indført beskyttelsesgas beskytter effektivt svejsebadet og reducerer eller forhindrer oxidationen.

2) Korrekt indført beskyttelsesgas reducerer effektivt sprøjt under svejsning.

3) Korrekt indført beskyttelsesgas fremmer en jævn udbredelse af svejsebadet under stivning, hvilket resulterer i en jævn og æstetisk tiltalende svejsning.

4) Korrekt indført beskyttelsesgas reducerer effektivt beskyttelsesvirkningen fra metaldampplumer eller plasma skyer på laseren og øger dermed den effektive udnyttelsesgrad af laseren.

5) Korrekt indført beskyttelsesgas reducerer effektivt porøsitet i svejsningen.

Så længe gastypen, gasstrømningshastigheden og indførselsmetoden vælges korrekt, kan ideelle resultater opnås.

Dog kan forkert anvendelse af beskyttelsesgas også påvirke svejsningen negativt.

1) Forkert anvendelse af beskyttelsesgas kan forværre svejsningen:

① Valg af forkert gastype kan forårsage svejsekrakeler og mindske svejsningens mekaniske egenskaber;

② Valg af forkert gasstrømningshastighed kan føre til mere alvorlig svejseoxidation (uanset om strømningshastigheden er for høj eller for lav) og kan også forårsage alvorlig forstyrrelse af svejsebadet, hvilket resulterer i svejsekollaps eller ujævn svejseformning;

③ Valg af forkert gasanvendelsesmetode kan resultere i ineffektiv eller endda ikke-eksisterende beskyttelse eller påvirke svejseformningen negativt;

2) Anvendelse af beskyttelsesgas kan påvirke svejseindtrængning, især ved svejsning af tyndplader, og mindske svejseindtrængningen.

Typer af beskyttelsesgasser

Almindeligt anvendte beskyttelsesgasser til lasersvejsning omfatter N2, Ar og He. Deres fysisk-kemiske egenskaber adskiller sig, og derfor varierer deres virkning på svejsningen.

Kulstofnatrium (N2)

Den billigste, men uegnede til svejsning af visse rustfrie stålsorter. Nitrogen (N2) har en moderat ioniseringsenergi, der er højere end for Ar, men lavere end for He. Under laserstrålingspåvirkning er dets ioniseringsgrad generelt lav, hvilket effektivt reducerer dannelse af plasmacloud og dermed øger den effektive udnyttelsesrate af laseren. Nitrogen kan dog reagere kemisk med aluminiumlegeringer og kulstål ved bestemte temperaturer og danne nitridforbindelser. Dette øger svejsningens sprødhed og reducerer holdbarheden, hvilket påvirker svejsningens mekaniske egenskaber betydeligt negativt. Derfor anbefales nitrogen ikke som beskyttelsesgas ved svejsning af aluminiumlegeringer og kulstål.

På den anden side kan de nitridforbindelser, der dannes ved den kemiske reaktion mellem nitrogen og rustfrit stål, øge styrken i svejsningen og dermed forbedre dens mekaniske egenskaber. Derfor kan nitrogen anvendes som beskyttelsesgas ved svejsning af rustfrit stål.

Argon (Ar)

er relativt billig, har en høj densitet og giver god beskyttelse. Svejseoverfladen er glattere end med helium. Den ioniseres dog nemt af metalplasma ved høj temperatur, hvilket kan skærme en del af laserstrålen fra at nå arbejdsemnet, reducere den effektive svejseeffekt og hæmme svejsehastigheden og gennemtrængningen. Ar (argon) har den laveste ioniseringsenergi, men dets ioniseringsgrad er relativt høj under laserbestråling, hvilket ikke er gunstigt for kontrol af plasmacloud-dannelse og vil have en vis indvirkning på den effektive udnyttelsesgrad af laseren. Argon er imidlertid meget lavt reaktivt og reagerer sjældent kemisk med almindelige metaller. Desuden er argon billigt. Yderligere har argon en høj densitet, hvilket letter dets nedfald over svejsebadet og dermed giver bedre beskyttelse af svejsebadet. Derfor kan det anvendes som en konventionel beskyttelsesgas.

Helium (He)

Det er dyrere, men har den bedste virkning, da laseren kan passere direkte igennem uden hindring til arbejdsemnets overflade. Det har den højeste ioniseringsenergi, men dets ioniseringsgrad er meget lav under laserstråling, hvilket effektivt kan kontrollere dannelse af plasmaclouds. Laseren kan virke godt på metaller, og He har meget lav reaktivitet og reagerer stort set ikke kemisk med metaller. Det er en fremragende beskyttelsesgas til svejsning. Dog er He for dyr, og det bruges generelt ikke til masseproduktion. He bruges typisk til videnskabelig forskning eller produkter med højt tilværdi.

Metoder til indførsel af beskyttelsesgas

Der findes i dag to primære metoder til indførsel af beskyttelsesgasser: én er ekstern sideblæsning af beskyttelsesgas... Parallel sideblæst beskyttelsesgas

En anden type er koaksial beskyttelsesgas.

Koaksial beskyttelsesgas

Valget mellem de to blæsningsmetoder afhænger af en kombination af faktorer, men sideblæsning af beskyttelsesgas anbefales generelt.

Principper for valg af metoder til afskærmningsgasudblæsning

For det første er det vigtigt at præcisere, at udtrykket "sværsoxidation" er et almindeligt udtryk. Teoretisk henviser det til en kemisk reaktion mellem svejsningen og skadelige bestanddele i luften, hvilket fører til en forringelse af svejsekvaliteten. Almindelige eksempler inkluderer, at svejsemetallet reagerer med ilt, kvælstof og brint i luften ved bestemte temperaturer.

Forebyggelse af sværsoxidation indebærer at reducere eller undgå kontakt mellem disse skadelige bestanddele og svejsemetallet ved høje temperaturer. Denne høje temperatur henviser ikke kun til smeltedammen, men også til hele perioden fra det tidspunkt, hvor svejsemetallet smelter, indtil det stivner og dets temperatur falder under et bestemt niveau.

For eksempel absorberes brint hurtigt i titanlegeringssvejsning ved temperaturer over 300 °°C, ilt over 450 °°C og kvælstof over 600 °C. Derfor kræver titaniumlegeringssvejsninger effektiv beskyttelse efter udfældning og i den periode, hvor temperaturen falder under 300 °C; ellers vil de blive "oxideret."

Som den ovenstående beskrivelse tydeliggør, skal den blæste beskyttelsesgas ikke kun beskytte svejsebadet til tiden, men også det nylig udfældede område. Derfor anvendes normalt metoden med sideblæsning af beskyttelsesgas uden akse, som vist på figur 1, fordi den giver et bredere beskyttelsesområde end den koaksiale beskyttelsesmetode, der er vist på figur 2, især ved bedre beskyttelse af det nylig udfældede svejseområde.

For tekniske anvendelser er sideblæsning af beskyttelsesgas uden akse ikke velegnet til alle produkter. For visse specifikke produkter kan kun koaksial beskyttelsesgas anvendes. Valget skal tilpasses produktets konstruktion og type af forbindelse.

Valg af specifik metode til blæsning af beskyttelsesgas

1) Lige svejsninger

Som vist på figur 3 er svejseformen for produktet lige. Forbindelsestypen kan være en stumpforbindelse, en overlappende forbindelse, en hjørneforbindelse eller en overlappende svejsning. For denne type produkt foretrækkes metoden med sideblæsning af beskyttelsesgas uden akse, som vist i foretrækkes.

2) Planære lukkede svejsninger

Svejseformen for produktet er en lukket form, f.eks. en plan cirkel, en plan polygon eller en plan flersegmentlinje. Forbindelsestypen kan være en stumpforbindelse, en overlappende forbindelse eller en overlappende svejsningsforbindelse. For denne type produkt foretrækkes koaksial beskyttelsesgas.

Planær lukket svejsningsform

Valget af beskyttelsesgas påvirker direkte kvaliteten, effektiviteten og omkostningerne ved svejseproduktionen. På grund af mangfoldigheden af svejsematerialer er valget af svejsegas ved faktisk svejsning dog ret komplekst. Det er nødvendigt at overveje svejsematerialet, svejsemetoden, svejsepositionen og den ønskede svejseeffekt omhyggeligt. Kun gennem svejseprøvning kan en mere passende svejsegas vælges for at opnå bedre svejseresultater.