Laseritekniikka

Oletko kohdannut hitsausvirheitä, kuten liiallista sulkupartikkelien muodostumista, epämiellyttävää hitsausmuotoa ja lukuisia ilmakuplia hitsauksen jälkeen? Vaikka voitkin miettiä, johtuuko se virheellisistä laserhitsausta koskevista prosessiparametrien asetuksista, tiedätkö, että suojakaasun oikea käyttö on myös ratkaiseva tekijä hitsaustuloksen ja -suorituksen kannalta? Optimaalisen suojakaasun valinta on itse asiassa tapa parantaa hitsausten laatua ja tehokkuutta.

Koska suojakaasu on niin tärkeä, mikä on sen tarkka tehtävä? Miten valitaan sopiva suojakaasun tyyppi? Miten suojakaasua tulisi ohjata hitsauksen aikana?

Suojakaasun rooli

Laserhitsauksessa suojakaasu vaikuttaa hitsausmuodostukseen, hitsaalaatukseen, hitsaussyvyyteen ja hitsauslevitteeseen. Useimmissa tapauksissa suojakaasun puhaltaminen vaikuttaa positiivisesti hitsaukseen, mutta sillä voi olla myös haitallisimpia vaikutuksia.

Positiiviset vaikutukset

1) Oikein tuotu suojakaasu suojaan tehokkaasti hitsauskuplaa, mikä vähentää tai jopa estää hapettumista.

2) Oikein tuotu suojakaasu vähentää tehokkaasti sulkahdusta hitsauksen aikana.

3) Oikein tuotu suojakaasu edistää yhtenäistä hitsauskuplan leviämistä kovettumisen aikana, mikä johtaa yhtenäiseen ja esteettisesti miellyttävään hitsaukseen.

4) Oikein tuotu suojakaasu vähentää tehokkaasti metallihöyryn pilvien tai plasma pilvien suojavaikutusta laserille, mikä lisää laserin tehokasta hyödyntämistä.

5) Oikein tuotu suojakaasu vähentää tehokkaasti hitsauskuplia.

Kun kaasun tyyppi, kaasuvirtausnopeus ja tuontomenetelmä valitaan oikein, voidaan saavuttaa ihanteellisia tuloksia.

Kuitenkin epäasianmukainen suojakaasun käyttö voi myös vaikuttaa hitsaukseen kielteisesti.

1) Virheellinen suojakaasun käyttö voi pahentaa hitsausta:

① Väärän kaasutyypin valinta voi aiheuttaa hitsaussa halkeamia ja heikentää hitsausliitoksen mekaanisia ominaisuuksia;

② Väärän kaasuvirtauksen valinta voi johtaa vakavampaan hitsausliitoksen hapettumiseen (riippumatta siitä, onko virtausliika suuri tai liian pieni), ja se voi myös aiheuttaa vakavaa häiriötä hitsauskuplaan, mikä johtaa hitsausliitoksen romahtamiseen tai epätasaiseen muodostumiseen;

③ Väärän kaasun soveltamismenetelmän valinta voi johtaa tehottomaan tai jopa olemattomaan suojaukseen tai kielteisesti vaikuttaa hitsausliitoksen muodostumiseen;

2) Suojakaasun käyttö voi vaikuttaa hitsausliitoksen läpikuultavuuteen, erityisesti ohuen levyn hitsauksessa, mikä vähentää hitsausliitoksen läpikuultavuutta.

Suojakaasujen tyypit

Yleisimmin käytetyt laserhitsaukseen tarkoitetut suojakaasut ovat N2, Ar ja He. Niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet eroavat toisistaan, minkä vuoksi niiden vaikutus hitsaukseen vaihtelee.

Nitrooni (N2)

Halvin, mutta epäsovelias tiettyjen ruostumattomien terästen hitsaamiseen. Typpi (N2) on keskimääräinen ionisaatioenergia, korkeampi kuin argonilla mutta alhaisempi kuin heliumilla. Laser säteilyssä sen ionisaatioaste on yleensä alhainen, mikä vähentää tehokkaasti plasma pilven muodostumista ja siten lisää laserin tehokasta hyödyntämistä. Typpi kuitenkin reagoi kuitenkin kemiallisesti alumiiniseosten ja hiiliterästen kanssa tietyissä lämpötiloissa, muodostaen nitridejä. Tämä lisää hitsausliitoksen haurautta ja vähentää sitkeyttä, mikä vaikuttaa merkittävästi kielteisesti hitsausliitoksen mekaanisiin ominaisuuksiin. Siksi typpiä ei suositella suojakaasuna alumiiniseosten ja hiiliterästen hitsaamiseen.

Toisaalta typpin ja ruostumattoman teräksen kemiallisesta reaktiosta syntyvät nitridit voivat lisätä hitsausliitoksen lujuutta ja parantaa sen mekaanisia ominaisuuksia. Siksi typpiä voidaan käyttää suojakaasuna ruostumattoman teräksen hitsaamiseen.

Argon (Ar)

on suhteellisen halpa, sen tiukkuus on korkea ja se tarjoaa hyvän suojauksen. Hitsauspinnan laatu on sileämpi kuin heliumilla. Kuitenkin argon ionisoituu helposti korkean lämpötilan metalliplasman vaikutuksesta, mikä voi suojata osan lasersäteestä työkappaleelta, vähentäen tehokasta hitsausvoimaa ja haittaen hitsausnopeutta ja tunkeutumista. Ar (argon) on alhaisin ionisaatioenergian omaava kaasu, mutta sen ionisaatioaste on suhteellisen korkea lasersäteilyn vaikutuksesta, mikä ei edistä plasma pilvien muodostumisen hallintaa ja vaikuttaa tiettyyn astetta laserin tehokkaaseen hyödyntämiseen. Argon on kuitenkin kemiallisesti hyvin epäaktiivinen ja reagoi vaikeasti yleisimpien metallien kanssa. Lisäksi argon on halpa. Argonin tiukkuus on myös korkea, mikä edistää sen sijoittumista hitsauskuplan yläpuolelle ja tarjoaa paremman suojauksen hitsauskuplalle. Siksi sitä voidaan käyttää perinteisenä suojauskaasuna.

Helium (He)

Se on kalliimpi, mutta sillä on paras vaikutus, mikä mahdollistaa laserin kulkeutumisen suoraan esteittä työkappaleen pinnalle. Sillä on korkein ionisaatioenergia, mutta sen ionisaatioaste on erittäin alhainen laser säteilyssä, mikä mahdollistaa plasma pilvien muodostumisen tehokkaan hallinnan. Laser toimii hyvin metallien kanssa, ja He on erittäin vähän reaktiivinen, eikä se juurikaan kemiallisesti reagoi metallien kanssa. Se on erinomainen suojauskaasu hitsausta varten. Kuitenkin He on liian kallis, eikä sitä yleensä käytetä sarjatuotannossa. Sitä käytetään yleensä tieteellisessä tutkimuksessa tai korkean lisäarvon tuotteissa.

Suojauskaasun ruiskutusmenetelmät

Tällä hetkellä suojauskaasun lisäämiseen on kaksi pääasiallista menetelmää: toinen on poikittainen sivupuhallus suojauskaasulla... Rinnakkainen sivupuhallus suojauskaasulla

Toinen tyyppi on koaksiaalinen suojauskaasu.

Koaksiaalinen suojauskaasu

Kahden puhallusmenetelmän valinta riippuu useista tekijöistä, mutta sivupuhallusta suojauskaasulla suositellaan yleensä.

Periaatteet suojakaasun puhallusmenetelmien valinnassa

Ensinnäkin on tärkeää selventää, että termi "hitsausoksidatio" on arkikielinen ilmaisu. Teoreettisesti se viittaa kemialliseen reaktioon hitsauksen ja ilman haitallisien komponenttien välillä, mikä johtaa hitsaustuloksen laadun heikkenemiseen. Tyypillisiä esimerkkejä ovat hitsausmetallin reagoiminen ilman hapen, typen ja vedyn kanssa tietyissä lämpötiloissa.

Hitsausoksidation estäminen edellyttää näiden haitallisten komponenttien kosketuksen vähentämistä tai välttämistä hitsausmetallin kanssa korkeassa lämpötilassa. Tällä korkealla lämpötilalla tarkoitetaan ei ainoastaan sulan kylvyn metallia, vaan myös koko aikaa, joka kuluu hitsausmetallin sulamisesta sen jähmettymiseen ja lämpötilan laskemiseen tietyn tason alapuolelle.

Esimerkiksi titaaniseosten hitsauksessa vety imeytyy nopeasti yli 300 °C:n lämpötilassa, happi yli 450 °C:n lämpötilassa ja typpi yli 600 °C. Siksi titaaniseosten hitsausliitokset vaativat tehokasta suojelua jähmettymisen jälkeen ja siinä vaiheessa, kun lämpötila laskee alle 300 °C; muuten ne "hapettuvat".

Kuten yllä olevasta kuvauksesta ilmenee, suojakaasun puhallus ei ainoastaan tarvitse suojella hitsauskuplaa ajallaan, vaan myös äskettäin jähmettyneet alueet. Siksi käytetään yleisesti kuvassa 1 esitettyä poikittaisen sivupuhalluksen suojakaasumenetelmää, koska se tarjoaa laajemman suojelualueen kuin kuvassa 2 esitetty koaksiaalinen suojelumenetelmä, erityisesti tarjoamalla parempaa suojelua äskettäin jähmettyneelle hitsausalueelle.

Teknillisissä sovelluksissa poikittainen sivupuhallus ei sovellu kaikkiin tuotteisiin. Tietyille erityisille tuotteille voidaan käyttää ainoastaan koaksiaalista suojakaasua. Valinta on tehtävä tuotteen rakenteen ja liitostyypin mukaan.

Erityisen suojakaasun puhallusmenetelmän valinta

1) Suorat hitsausten

Kuvassa 3 esitetyn mukaisesti tuotteen hitsausmuoto on suora. Liitosmuoto voi olla päästä päähän -liitos, päällekkäisliitos, kulmaliitos tai päällekkäinen hitsaus. Tämäntyyppisille tuotteille suositellaan kuvassa esitettyä poikittaisen sivupuhalluksen suojauskaasumenetelmää, joka on esitetty on suositeltava.

2) Tasomainen suljettu muotoinen hitsaus

Tuotteen hitsausmuoto on suljettu muoto, kuten tasomainen ympyrä, tasomainen monikulmio tai tasomainen useasta osasta koostuva viiva. Liitosmuoto voi olla päästä päähän -liitos, päällekkäisliitos tai päällekkäinen hitsausliitos. Tämäntyyppisille tuotteille suositellaan koaksiaalista suojauskaasua.

Tasomainen suljettu muotoinen hitsaus

Suojakaasun valinta vaikuttaa suoraan hitsauksen laatuun, tehokkuuteen ja kustannuksiin. Kuitenkin hitsausmateriaalien monimuotoisuuden vuoksi suojakaasun valinta todellisessa hitsauksessa on melko monimutkainen. On otettava huomioon kokonaisvaltaisesti hitsattava materiaali, hitsausmenetelmä, hitsausasento ja vaadittu hitsaustulos. Vasta hitsaustestejä tekemällä voidaan valita sopivampi suojakaasu saavuttaakseen parempia hitsaustuloksia.