Lázertechnológia

Találkozott már hegesztési hibákkal, például túlzott szikrázással, esztétikailag vonzatlan hegesztési varratképződéssel és számos pórus képződésével a hegesztés után? Bár felmerülhet benned a kérdés, hogy ez a hiba a lézerhegesztési folyamatparaméterek helytelen beállításából ered, tudatos-e számodra, hogy a védőgáz megfelelő használata szintén döntő tényező a hegesztési varrat kialakulása és teljesítménye szempontjából? A legmegfelelőbb védőgáz kiválasztása valójában egy hatékony módja a hegesztési minőség és hatékonyság javításának.

Mivel a védőgáz ennyire fontos, mi is pontosan a funkciója? Hogyan válasszuk ki a megfelelő védőgáz típusát? Hogyan kell a védőgázt a hegesztés során bevezetni?

A védőgáz szerepe

A lézerhegesztés során a védőgáz befolyásolja a hegesztési varrat kialakulását, a hegesztési minőséget, a hegesztési behatolást és a hegesztési varrat szélességét. A legtöbb esetben a védőgáz bevezetése pozitív hatással van a hegesztésre, de hátrányos hatásokat is okozhat.

Pozitív hatások

1) Megfelelően bevezetett védőgáz hatékonyan védi a hegesztési fürdőt, csökkentve vagy akár megelőzve az oxidációt.

2) Megfelelően bevezetett védőgáz hatékonyan csökkenti a hegesztés közben keletkező szikrázást.

3) Megfelelően bevezetett védőgáz elősegíti a hegesztési fürdő egyenletes eloszlását a szilárdulás során, így egyenletes és esztétikusan vonzó hegesztési varratot eredményez.

4) Megfelelően bevezetett védőgáz hatékonyan csökkenti a fémgőz-felhők vagy plazmafelhők lézerre gyakorolt védőhatását, növelve ezzel a lézer hatékony felhasználási arányát.

5) Megfelelően bevezetett védőgáz hatékonyan csökkenti a hegesztési varrat pórusosságát.

Amennyiben a gáz típusa, a gázáramlás sebessége és a bevezetés módja megfelelően kerül kiválasztásra, ideális eredmények érhetők el.

Azonban a védőgáz helytelen használata szintén negatívan befolyásolhatja az hegesztést.

1) A védőgáz helytelen alkalmazása rombolhatja a hegesztési varratot:

① A rossz típusú gáz kiválasztása repedéseket okozhat a hegesztési varratban, és csökkentheti a hegesztés mechanikai tulajdonságait;

② A rossz gázáramlás-sebesség kiválasztása súlyosabb oxidációt eredményezhet a hegesztési varratban (akár túl magas, akár túl alacsony az áramlási sebesség), továbbá súlyosan zavarhatja a hegesztési fürdőt, ami hegesztési összeomláshoz vagy egyenetlen formálódáshoz vezethet;

③ A rossz gázalkalmazási módszer kiválasztása hatástalan vagy akár teljesen hiányzó védőhatást eredményezhet, illetve negatívan befolyásolhatja a hegesztési varrat kialakulását;

2) A védőgáz alkalmazása befolyásolhatja a hegesztési behatolást, különösen vékonylemez-hegesztésnél, csökkentve a hegesztési behatolást.

Védőgázok típusai

A lézerhegesztéshez gyakran használt védőgázok közé tartoznak az N₂, az Ar és a He. Fizikai-kémiai tulajdonságaik eltérnek, ezért hatásuk a hegesztésre is különböző.

Nitrogén (N2)

A legolcsóbb, de bizonyos rozsdamentes acélok hegesztésére alkalmatlan. A nitrogén (N2) közepes ionizációs energiával rendelkezik, amely magasabb az argonnál, de alacsonyabb a héliumnál. A lézerirradiáció hatására általában alacsony az ionizáció foka, így hatékonyan csökkenti a plazmafelhő képződését, és ennek következtében növeli a lézer hatékony felhasználási arányát. A nitrogén azonban bizonyos hőmérsékleteken kémiai reakcióba léphet az alumíniumötvözetekkel és a szénacélokkal, nitridek képződését okozva. Ez növeli a hegesztési varrat ridegségét, és csökkenti a szakítószilárdságát, ami jelentősen negatívan befolyásolja a hegesztett kötés mechanikai tulajdonságait. Ezért a nitrogént nem ajánlott védőgázként használni alumíniumötvözetek és szénacélok hegesztésénél.

Másrészről a nitrogénnel történő kémiai reakció során keletkező nitridek növelhetik a hegesztési varrat szilárdságát, javítva annak mechanikai tulajdonságait. Ezért a nitrogén védőgázként használható rozsdamentes acélok hegesztésénél.

Argon (Ar)

viszonylag olcsó, magas sűrűségű, és jó védelmet nyújt. Az hegesztési felület simább, mint héliummal. Ugyanakkor könnyen ionizálódik a magas hőmérsékletű fémplazmában, ami részben elárnyékolhatja a lézerfénysugarat a munkadarabtól, csökkentve ezzel az effektív hegesztési teljesítményt, és akadályozva a hegesztési sebességet és behatolást. Az Ar (argon) a legalacsonyabb ionizációs energiával rendelkezik, de a lézerirradiáció hatására viszonylag magas az ionizáció foka, ami nem kedvező a plazmafelhők kialakulásának szabályozásához, és bizonyos mértékben befolyásolja a lézer hatékony felhasználási arányát. Az argon azonban nagyon alacsony reaktivitású, és nehéz kémiai reakcióba lépni gyakori fémekkel. Ezenkívül az argon olcsó. Továbbá az argon magas sűrűségű, ami elősegíti lebegését a hegesztési fürdő felett, így jobb védelmet nyújt a hegesztési fürdőnek. Ezért hagyományos védőgázként használható.

Hélium (He)

Drágább, de a legjobb hatást éri el, lehetővé téve, hogy a lézer akadálytalanul juthasson el a munkadarab felületére. A legmagasabb ionizációs energiával rendelkezik, de az ionizáció foka lézerbesugárzás alatt nagyon alacsony, így hatékonyan szabályozható a plazmafelhők képződése. A lézer jól hat a fémekre, és a hélium (He) rendkívül alacsony reaktivitású, gyakorlatilag nem lép kémiai reakcióba a fémekkel. Kiváló védőgáz a hegesztéshez. A hélium azonban túlságosan drága, ezért általában nem használják tömeggyártásra. Általában tudományos kutatásokhoz vagy magas hozzáadott értékű termékekhez alkalmazzák.

Védőgáz-bevezetési módszerek

Jelenleg két fő módszer létezik a védőgáz bevezetésére: az egyik az oldalirányú, tengelyen kívüli védőgáz-fúvás… Párhuzamos oldalirányú védőgáz

A másik típus a koaxiális védőgáz.

Koaxiális védőgáz

A két fúvási módszer közötti választás több tényező kombinációjától függ, de általában az oldalirányú védőgáz-fúvást ajánlják.

A védőgáz fújási módszerek kiválasztásának elvei

Először is fontos tisztázni, hogy a „hegesztési oxidáció” kifejezés egy köznyelvi kifejezés. Elméletileg a hegesztés és a levegő káros összetevői között lezajló kémiai reakciót jelöli, amely a hegesztési minőség romlásához vezet. Gyakori példák: a hegesztési fémmel a levegő oxigénje, nitrogénje és hidrogénje reagál adott hőmérsékleten.

A hegesztési oxidáció megelőzése azt jelenti, hogy csökkenteni vagy elkerülni kell a káros összetevők és a hegesztési fém érintkezését magas hőmérsékleten. Ez a magas hőmérséklet nemcsak a olvadt fürdő fémre vonatkozik, hanem az egész időszakra is, amíg a hegesztési fém olvad, majd szilárdul, és hőmérséklete egy meghatározott szint alá csökken.

Például titánötvözetek hegesztésekor a hidrogén gyorsan felszívódik 300 °°C felett, az oxigén 450 °°C felett, a nitrogén pedig 600 °C. Ezért a titánötvözetek hegesztését a szilárdulás után, valamint akkor is hatékonyan védeni kell, amikor a hőmérséklet 300 °C alá csökken °C; ellenkező esetben „oxidálódnak”.

Ahogy a fentiekben leírtuk, a fújt védőgáz nemcsak időben védenie kell a hegesztési fürdőt, hanem a frissen szilárdult területet is. Ezért általában az 1. ábrán bemutatott, tengelyen kívüli oldalirányú fújási védőgáz-módszert alkalmazzák, mivel ez szélesebb védőterületet biztosít, mint a 2. ábrán látható koaxiális védőgáz-módszer, különösen a frissen szilárdult hegesztési terület jobb védelmét teszi lehetővé.

Műszaki alkalmazások esetén a tengelyen kívüli oldalirányú fújási védőgáz nem minden termékhez alkalmas. Bizonyos speciális termékek esetében kizárólag koaxiális védőgáz használható. A választásnak a termék szerkezetéhez és az illesztés típusához kell igazodnia.

A védőgáz-fújási módszer konkrét kiválasztása

1) Egyenes hegesztések

Ahogy a 3. ábra mutatja, a termék hegesztési formája egyenes. A csatlakozási típus lehet illesztett (butt), fedő (lap), sarok- vagy átfedő hegesztés. Ezen típusú termékek esetében az oldalirányú, tengelyen kívüli védőgáz-ellátási módszer, amelyet a ajánlott.

2) Síkbeli zárt alakú hegesztések

A termék hegesztési formája egy síkbeli zárt alak, például síkbeli kör, síkbeli sokszög vagy síkbeli többszegmensű vonal. A csatlakozási típus lehet illesztett (butt), fedő (lap) vagy átfedő hegesztési csatlakozás. Ezen típusú termékek esetében a koaxiális védőgáz-ellátás ajánlott.

Síkbeli zárt alakú hegesztés

A védőgáz kiválasztása közvetlenül befolyásolja a hegesztési termelés minőségét, hatékonyságát és költségét. A hegesztési anyagok sokfélesége miatt azonban a gyakorlati hegesztés során a hegesztőgáz kiválasztása meglehetősen összetett feladat. Komplex módon figyelembe kell venni a hegesztési anyagot, a hegesztési módszert, a hegesztési pozíciót és a kívánt hegesztési eredményt. Csak hegesztési tesztek segítségével választható ki a megfelelőbb hegesztőgáz, hogy jobb hegesztési eredményeket érjünk el.