Selección do gas protector na soldadura por láser
Encontrou xa defectos de soldadura como exceso de salpicaduras, formación pouco estética da soldadura e numerosos poros despois da soldadura? Aínda que poida estar preguntándose se isto se debe a unha configuración incorrecta dos parámetros do proceso de soldadura láser, é consciente de que o uso correcto do gas protector é tamén un factor crucial que afecta á formación e ao rendemento da soldadura? Escoller o gas protector óptimo é, de feito, unha forma de mellorar a calidade e a eficiencia da soldadura.
Dado que o gas protector é tan importante, cal é exactamente a súa función? Como debe escollerse o tipo de gas protector? Como debe aplicarse o gas protector durante a soldadura?
A función do gas protector
Na soldadura por láser, o gas de proteción afecta a formación da soldadura, a calidade da soldadura, a penetración da soldadura e a anchura da soldadura. Na maioría dos casos, a inxección do gas de proteción ten un efecto positivo na soldadura, pero tamén pode ter efectos adversos.
Efectos positivos
1) Un gas de proteción introducido adecuadamente protexe eficazmente a poza de soldadura, reducindo ou incluso evitando a oxidación.
2) Un gas de proteción introducido adecuadamente reduce eficazmente as salpicaduras durante a soldadura.
3) Un gas de proteción introducido adecuadamente favorece a distribución uniforme da poza de soldadura durante a solidificación, dando lugar a unha soldadura uniforme e esteticamente agradable.
4) Un gas de proteción introducido adecuadamente reduce eficazmente o efecto de blindaxe das plumas de vapor metálico ou das nubes de plasma sobre o láser, aumentando a taxa de utilización efectiva do láser.
5) Un gas de proteción introducido adecuadamente reduce eficazmente a porosidade da soldadura.
Sempre que se seleccione correctamente o tipo de gas, o caudal de gas e o método de introdución, poden obterse resultados ideais.
Non obstante, o uso incorrecto do gas de proteción tamén pode afectar negativamente a soldadura.
1) A aplicación incorrecta do gas de proteción pode agravar a soldadura:
① A elección dun tipo de gas inadecuado pode provocar fisuras na soldadura e reducir as súas propiedades mecánicas;
② A elección dun caudal de gas inadecuado pode levar a unha oxidación máis grave da soldadura (xa sexa por exceso ou por defecto do caudal) e tamén pode causar interferencias graves na poza de soldadura, provocando o colapso da soldadura ou a súa formación desigual;
③ A elección dun método de aplicación do gas inadecuado pode dar lugar a unha protección ineficaz ou incluso inexistente, ou afectar negativamente a formación da soldadura;
2) A aplicación do gas de proteción pode afectar á penetración da soldadura, especialmente na soldadura de chapa fina, reducindo a súa penetración.
Tipos de gases de proteción
Os gases de protección máis utilizados na soldadura láser son o N₂, o Ar e o He. As súas propiedades fisicoquímicas son diferentes e, polo tanto, os seus efectos sobre a soldadura varían.
Nitróxeno (N2)
O máis barato, pero inadecuado para soldar certos aceros inoxidables. O nitróxeno (N2) ten unha enerxía de ionización moderada, maior que a do Ar pero menor que a do He. Baixo irradiación láser, o seu grao de ionización é xeralmente baixo, reducindo eficazmente a formación da nube de plasma e, polo tanto, aumentando a taxa de utilización efectiva do láser. Non obstante, o nitróxeno pode reaccionar quimicamente con aliaxes de aluminio e acero ao carbono a certas temperaturas, producindo nitruros. Isto incrementa a fragilidade da soldadura e reduce a tenacidade, afectando negativamente de forma significativa as propiedades mecánicas da unión soldada. Por iso, non se recomenda o uso de nitróxeno como gas protector na soldadura de aliaxes de aluminio e acero ao carbono.
Por outra parte, os nitruros producidos pola reacción química do nitróxeno co acero inoxidable poden aumentar a resistencia da unión soldada, mellorando as súas propiedades mecánicas. Polo tanto, o nitróxeno pode empregarse como gas protector na soldadura de acero inoxidable.
Argón (Ar)
é relativamente barato, ten unha alta densidade e ofrece boa protección. A superficie de soldadura é máis lisa que co helio. Non obstante, ionízase facilmente pola plasma metálica de alta temperatura, o que pode blindar parte do feixe láser para que non chegue á peça de traballo, reducindo a potencia efectiva de soldadura e dificultando a velocidade de soldadura e a penetración. O ar (Ar) ten a enerxía de ionización máis baixa, pero o seu grao de ionización é relativamente alto baixo irradiación láser, o que non é favorable para controlar a formación de nubes de plasma e terá un certo impacto na taxa de utilización efectiva do láser. Con todo, o ar ten moi pouca reactividade e é difícil que reaccione quimicamente con metais comúns. Ademais, o ar é barato. Por outra parte, o ar ten unha alta densidade, o que facilita que se asente sobre a poza de soldadura, proporcionando unha mellor protección para esta. Polo tanto, pode empregarse como gas protector convencional.
Helio (He)
É máis caro, pero ten o mellor efecto, permitindo que o láser pase directamente sen obstáculos até a superficie da peza de traballo. Ten a enerxía de ionización máis alta, pero o seu grao de ionización é moi baixo baixo irradiación láser, o que permite controlar eficazmente a formación de nubes de plasma. O láser actúa ben sobre os metais, e o helio ten unha reactividade moi baixa, non reaccionando quimicamente co metal, basicamente. É un gas protector excelente para soldaduras. Non obstante, o helio é demasiado caro e xeralmente non se emprega na produción en masa. Xeralmente úsase para investigación científica ou para produtos de alto valor engadido.
Métodos de inxección de gas protector
Actualmente existen dous métodos principais para introducir gases protectores: un é o soplado lateral desaxustado do gas protector... Gas protector lateral paralelo
Outro tipo é o gas protector coaxial.
Gas protector coaxial
A elección entre os dous métodos de soplado depende dunha combinación de factores, pero xeralmente recoméndase o soplado lateral do gas protector.
Principios para escoller os métodos de soplado de gas protector
En primeiro lugar, é importante aclarar que o termo «oxidación da soldadura» é unha expresión coloquial. Teoricamente, fai referencia a unha reacción química entre a soldadura e os compoñentes nocivos do aire, o que provoca un deterioro na calidade da soldadura. Exemplos comúns inclúen a reacción do metal soldado co oxíxeno, o nitróxeno e o hidróxeno presentes no aire a certas temperaturas.
Prevenir a oxidación da soldadura implica reducir ou evitar o contacto entre estes compoñentes nocivos e o metal soldado a altas temperaturas. Esta alta temperatura refírese non só ao metal da poza fundida, senón tamén a todo o período dende que o metal soldado se funde ata que se solidifica e a súa temperatura descende por debaixo dun certo nivel.
Por exemplo, na soldadura de aliaxes de titano, o hidróxeno absorbe-se rapidamente por riba dos 300 °°C, o oxíxeno por riba dos 450 °°C e o nitróxeno por riba dos 600 °C. Polo tanto, as soldaduras de aliaxe de titano requiren unha protección eficaz despois da súa solidificación e durante o período no que a temperatura descende por debaixo dos 300 °C; doutro modo, serán "oxidadas".
Como aclara a descrición anterior, o gas protector insuflado non só debe protexer a poza de soldadura de forma oportuna, senón tamén a zona recién solidificada. Polo tanto, xeralmente úsase o método de insuflación lateral desaxial do gas protector mostrado na Figura 1, xa que ofrece un rango de protección máis amplo que o método de protección coaxial mostrado na Figura 2, especialmente proporcionando unha mellor protección para a zona de soldadura recién solidificada.
Para aplicacións enxeñerís, a insuflación lateral desaxial do gas protector non é adecuada para todos os produtos. Para certos produtos específicos, só se pode empregar o gas protector coaxial. A elección debe adaptarse á estrutura do produto e ao tipo de unión.
Selección específica do método de insuflación do gas protector
1) Soldaduras rectas
Como se mostra na Figura 3, a forma da soldadura do produto é recta. O tipo de unión pode ser unha unión de bordo a bordo, unha unión de solapamento, unha unión de esquina ou unha soldadura de superposición. Para este tipo de produto, prefírese o método de gas protector lateral desaxado indicado en é o preferido.
2) Soldaduras planas de forma pechada
A forma da soldadura do produto é unha forma pechada, como un círculo plano, un polígono plano ou unha liña plana de varios segmentos. O tipo de unión pode ser unha unión de bordo a bordo, unha unión de solapamento ou unha unión de soldadura de superposición. Para este tipo de produto, prefirese o gas protector coaxial.
Soldadura plana de forma pechada
A selección do gas de proteción afecta directamente á calidade, eficiencia e custo da produción soldada. Non obstante, debido á diversidade de materiais soldables, a selección do gas soldador na soldadura real é bastante complexa. É necesario considerar de forma integral o material soldable, o método de soldadura, a posición de soldadura e o efecto soldado desexado. Só mediante ensaios de soldadura pódese seleccionar un gas soldador máis adecuado para acadar mellor resultados na soldadura.
