Laseritehnoloogia

Kas olete kohtunud keevitusvigadega, nagu liialdatud sõrmed, ebailus keevitusliitumise kujunemine ja paljud porid pärast keevitust? Kuigi te võib-olla mõtlete, kas see on tingitud valest laserkeevituse protsessiparameetrite seadistamisest, kas teate, et kaitsegaasi õige kasutamine on ka oluline tegur, mis mõjutab keevitusliitumise kujunemist ja omadusi? Optimaalse kaitsegaasi valik on tegelikult viis keevituskvaliteedi ja -tõhususe parandamiseks.

Kuna kaitsegaas on nii tähtis, siis milline on selle funktsioon? Kuidas valida sobiv kaitsegaasi tüüp? Kuidas tuleb kaitsegaasi keevitamisel sisestada?

Kaitsegaasi roll

Laserkeeveldamisel mõjutab kaitsegaas keeveldusliite moodustumist, keeveldusliite kvaliteeti, keeveldusliite sügavust ja keeveldusliite laiust. Enamikul juhtudel avaldab kaitsegaasi soojendamine keeveldusliitele positiivset mõju, kuid see võib ka põhjustada negatiivseid tagajärgi.

Positiivsed mõjud

1) Õigesti sisseviidud kaitsegaas kaitseb tõhusalt keeveldusvoolu, vähendades või isegi takistades oksüdeerumist.

2) Õigesti sisseviidud kaitsegaas vähendab tõhusalt keeveldamisel tekkivat pritsimist.

3) Õigesti sisseviidud kaitsegaas soodustab keeveldusvoolu ühtlast levimist tahkestumise ajal, mis viib ühtlase ja esteetiliselt meelitava keeveldusliite tekkeni.

4) Õigesti sisseviidud kaitsegaas vähendab tõhusalt metallipaurude või plasma pilvede laserile avaldatavat kaitseefekti, suurendades laseri tõhusat kasutusastet.

5) Õigesti sisseviidud kaitsegaas vähendab tõhusalt keeveldusliite porosust.

Kui gaasi tüüp, gaasivoolu kiirus ja sisseviimise meetod on õigesti valitud, saavutatakse ideaalsed tulemused.

Siiski võib kaitsegaasi ebapiisav kasutamine negatiivselt mõjutada keevitust.

1) Vigane kaitsegaasi rakendamine võib keevituse halvendada:

1 Vale gaasiliigi valik võib põhjustada keevitusõmbluste pragusid ja vähendada keevitusõmbluste mehaanilisi omadusi;

② Vale gaasivoolu kiiruse valik võib põhjustada tugevamat keevitusõmbluste oksüdeerumist (nii liiga kõrge kui ka liiga madala voolukiiruse korral) ning võib ka tugevalt häirida keevitusõmbluse voolu, põhjustades keevitusõmbluse kokkuvarisemise või ebakorrapärase kujunemise;

③ Vale gaasirakendusviisi valik võib viia ebaefektiivsele või isegi mitteolemale kaitsele või negatiivselt mõjutada keevitusõmbluse kujunemist;

2) Kaitsegaasi rakendamine võib mõjutada keevitusõmbluse sügavust, eriti õhukestes plaatides, vähendades keevitusõmbluse sügavust.

Kaitsegaaside tüübid

Levinud laserkeevituse kaitsegaasid on N2, Ar ja He. Nende füüsikalis-keemilised omadused erinevad ning seetõttu erineb nende mõju keevitusõmblusele.

Ainetaoline lämmastik (N2)

Kõige odavam, kuid sobimatu teatud roostevabade teraste keevitamiseks. Aatommassiivne lämmastik (N2) omab keskmist ioniseerumisenergiat – see on kõrgem argoonist, kuid madalam heeliumist. Laserkiirguse mõjul on selle ioniseerumisaste üldiselt madal, mis vähendab tõhusalt plasma pilve teket ja suurendab seega laseri tõhusat kasutusastet. Siiski võib lämmastik reageerida keemiliselt alumiiniumi sulamite ja süsinikterasega teatud temperatuuridel, moodustades nitriide. See suurendab keevitusõmbluse habrasust ja vähendab tugevust, mille tõttu muutuvad keevitusõmbluse mehaanilised omadused oluliselt halvemaks. Seepärast ei soovitata lämmastikku kasutada alumiiniumi sulamite ja süsinikterase keevitusõmbluste kaitseks.

Teisalt võivad lämmastiku ja roostevaba terase keemilise reaktsiooni tulemusena tekkinud nitriidid suurendada keevitusõmbluse tugevust ning parandada selle mehaanilisi omadusi. Seepärast saab lämmastikku kasutada kaitsegaasi roostevaba terase keevitamisel.

Argoon (Ar)

on suhteliselt odav, on kõrge tihedusega ja pakub hea kaitse. Keetmispiirkonna pind on siledam kui heeliumi kasutamisel. Siiski ioniseerub see lihtsalt kõrgel temperatuuril metallplasma poolt, mis võib osaliselt takistada laserkiire jõudmist töödeldavale pinnale, vähendades seega efektiivset keevitusvõimsust ning takistades keevituskiirust ja läbitungimist. Ar (argoon) omab madalaimat ionisatsioonienergiat, kuid selle ionisatsioonitase on laserikiirguse mõjul suhteliselt kõrge, mis ei soodusta plasma pilvede tekkimise kontrolli ja mõjutab teataval määral laserkiire efektiivset kasutusastet. Samas on argoon väga madala reageeruvusega ja reageerib keeruliselt tavaliste metallidega keemiliselt. Lisaks on argoon odav. Veelgi enam, argooni kõrge tihedus soodustab selle paigutumist keevituslaigu kohale, tagades keevituslaigu parema kaitse. Seepärast saab seda kasutada tavapärase kaitsegasuna.

Heliium (He)

See on kallim, kuid annab parima tulemuse, võimaldades laseril läbida ilma takistusteta töödeldava pinnale. Selle ionisatsioonienergia on kõrgeim, kuid selle ionisatsioonikraad laserikiirguse mõjul on väga madal, mis võimaldab tõhusalt kontrollida plasma pilvede teket. Laser toimib hästi metallidele ja heelium on väga madala reageeruvusega, st see ei reageeri peaaegu üldse keemiliselt metallidega. See on suurepärane kaitsegas keevituste jaoks. Siiski on heelium liiga kallis ja seda ei kasutata üldjuhul massitootmisel. Heeliumit kasutatakse tavaliselt teadusuuringutes või kõrgelt lisaväärtustatud toodetes.

Kaitsegaaside sisestamise meetodid

Hetkel on kaitsegaaside sisseviimiseks kaks peamist meetodit: esimene on kaitsegaasi küljelt kõrvale soojendamine... paralleelne küljelt soojendatav kaitsegas

Teine tüüp on koaksiaalne kaitsegas.

Koaksiaalne kaitsegas

Mõlema soojendamismeetodi valik sõltub mitmetest teguritest, kuid soovitatakse üldiselt küljelt soojendatavat kaitsegaasi.

Eesmärgipäraste kaitsegaaside soojendamismeetodite valimise põhimõtted

Esimesena tuleb selgitada, et mõiste „keevitusoksidatsioon“ on rahvapärane väljend. Teoreetiliselt viitab see keevitusühenduse ja õhus leiduvate kahjulike komponentide vahelisele keemilisele reaktsioonile, mis põhjustab keevitusühenduse kvaliteedi halvenemist. Tavalised näited hõlmavad keevitusmetalli reageerimist õhus leiduva hapniku, lämmastiku ja vesinikuga teatud temperatuuridel.

Keevitusoksidatsiooni ennetamine hõlmab nende kahjulike komponentide kokkupuute vähendamist või vältimist keevitusmetalliga kõrgel temperatuuril. Seda kõrgemat temperatuuri viitab mitte ainult sulanud metallipoolile, vaid ka kogu perioodile alates keevitusmetalli sulamisest kuni selle tahkenemiseni ja temperatuuri langemiseni teatud tasemeni.

Näiteks imetaklassi keevitamisel imendub vesinik kiiresti üle 300 °°C, hapnik üle 450 °°C ja lämmastik üle 600 °C. Seetõttu nõuavad titaanisulamite keevitusšviidid tõhusat kaitset pärast tahkestumist ja ajal, mil temperatuur langeb alla 300 °C; vastasel juhul muutuvad nad "okseerunudks".

Nagu eespool kirjeldatud, peab puhutav kaitsegaas mitte ainult kaitsema õigeaegselt keevituslaika, vaid ka hiljuti tahkunud ala. Seepärast kasutatakse üldiselt küljelt puhutava kaitsegaasi meetodit, mis on kujutatud joonisel 1, sest see pakub laiemat kaitseala kui koaksiaalne kaitsemeetod, mis on kujutatud joonisel 2, eriti paremat kaitset hiljuti tahkunud keevitusala jaoks.

Ingenertehnilistes rakendustes ei sobi küljelt puhutav kaitsegaas kõigile toodetele. Mõnede kindlate toodete puhul saab kasutada ainult koaksiaalset kaitsegaasi. Valik tuleb teha toote konstruktsiooni ja liite tüübi järgi.

Täpsustatud kaitsegaasi puhutamismeetodi valik

1) Sirged keevitusšviidid

Nagu joonis 3 näitab, on toote keevituskuju sirge. Ühenduse tüüp võib olla põhjatüüpi ühendus, lapiti ühendus, nurgaühendus või kattuv keevitus. Selle tüüpi toodete puhul soovitatakse küljelt puhutavat mitte-telgelist kaitsegaasi meetodit, mis on esitatud on eelistatud.

2) Tasandilised suletud kuju keevitused

Toote keevituskuju on suletud kuju, näiteks tasandiline ring, tasandiline hulknurk või tasandiline mitmese lõigu joon. Ühenduse tüüp võib olla põhjatüüpi ühendus, lapiti ühendus või kattuv keevitusühendus. Selle tüüpi toodete puhul soovitatakse telgsisest kaitsegaasi.

Tasandiline suletud kuju keevitus

Kaitsegaasi valik mõjutab otseselt keevitustoote kvaliteeti, tootlikkust ja tootmiskulusid. Siiski on tegelikus keevitamises keevitusgaasi valik üsna keeruline, sest keevitusmaterjalide valik on väga suur. Tuleb arvestada komplekssete teguritega, nagu keevitusmaterjal, keevitamise meetod, keevitamise asukoht ja soovitud keevitusresultaat. Ainult keevituskatsete teel saab valida sobivama keevitusgaasi, et saavutada paremaid keevitusresultaate.