Apsauginės dujos pasirinkimas lazerinio suvirinimo metu
Ar susidūrėte su suvirinimo defektais, tokiems kaip per didelis iššaukimas, neestetiška suvirinimo formavimo ir daug porų po suvirinimo? Nors galbūt klausote savęs, ar tai dėl netinkamų lazerinio suvirinimo proceso parametrų nustatymų, ar žinojote, kad tinkamas apsauginės dujos naudojimas taip pat yra svarbus veiksnys, įtakojantis suvirinimo formavimą ir našumą? Optimalios apsauginės dujos pasirinkimas iš tikrųjų yra būdas pagerinti suvirinimo kokybę ir efektyvumą.
Kadangi apsauginės dujos yra tokios svarbios, kokia iš tikrųjų yra jų funkcija? Kaip reikia pasirinkti apsauginės dujos rūšį? Kaip reikia pateikti apsaugines dujas suvirinant?
Apsauginių dujų vaidmuo
Lazerinio suvirinimo metu apsauginis dujų srautas veikia suvirinimo formavimą, suvirinimo kokybę, suvirinimo įgriovimą ir suvirinimo plotį. Daugumos atvejų apsauginių dujų patekimas turi teigiamą poveikį suvirinimui, tačiau gali turėti ir neigiamų pasekmių.
Teigiamosios pasekmės
1) Tinkamai įvestos apsauginės dujos veiksmingai apsaugo suvirinimo baseiną, sumažindamos ar net visiškai užkertant šiluminės oksidacijos kelią.
2) Tinkamai įvestos apsauginės dujos veiksmingai sumažina iššokančias metalo lašas (švitras) suvirinimo metu.
3) Tinkamai įvestos apsauginės dujos skatina vienodą suvirinimo baseino išsisklaidymą kietėjimo metu, todėl susidaro vienodas ir estetiškai patrauklus suvirinimas.
4) Tinkamai įvestos apsauginės dujos veiksmingai sumažina metalo garų srautų ar plazmos debesų apsauginį poveikį lazeriui, padidindamos lazerio naudingą naudojimo koeficientą.
5) Tinkamai įvestos apsauginės dujos veiksmingai sumažina suvirinimo poringumą.
Jeigu tinkamai parinktos dujų rūšis, dujų srauto našumas ir įvedimo metodas, galima pasiekti idealius rezultatus.
Tačiau netinkamas apsauginių dujų naudojimas taip pat gali neigiamai paveikti suvirinimą.
1) Netinkamas apsauginių dujų taikymas gali pabloginti suvirinimą:
① Pasirinkus netinkamą dujų rūšį, gali atsirasti suvirinimo įtrūkimai ir sumažėti suvirinimo mechaninės savybės;
② Pasirinkus netinkamą dujų srauto našumą, gali stipriau pasireikšti suvirinimo oksidacija (nei per didelis, nei per mažas srautas), taip pat gali smarkiai sutrikdyti suvirinimo vonelę, dėl ko gali susidaryti suvirinimo žlugimas arba netolygi forma;
③ Pasirinkus netinkamą dujų taikymo būdą, gali būti nepakankama ar net visiškai nebūti apsauga, arba tai gali neigiamai paveikti suvirinimo formavimą;
2) Apsaugos dujų taikymas gali paveikti suvirinimo įgylį, ypač plonų plokštumų suvirinime, sumažindamas suvirinimo įgilį.
Apsaugos dujų rūšys
Dažniausiai naudojamos lazerinio suvirinimo apsaugos dujos yra N2, Ar ir He. Jų fizinės ir cheminės savybės skiriasi, todėl jų poveikis suvirinimui taip pat skiriasi.
Azotas (N2)
Pigiausias, tačiau netinkamas tam tikrų nerūdijančiųjų plienų suvirinimui. Azotas (N2) turi vidutinį jonizacijos energijos lygį – didesnį nei argono (Ar), bet mažesnį nei helio (He). Veikiant lazerio spinduliavimui jo jonizacijos laipsnis paprastai yra žemas, todėl efektyviai sumažėja plazmos debesies susidarymas ir padidėja lazerio naudingoji panaudojimo našumas. Tačiau azotas tam tikrose temperatūrose gali chemiškai reaguoti su aliuminio lydiniais ir anglies plienu, sudarydamas nitridus. Tai padidina suvirintojo šešėlio kietumą ir sumažina jo lankstumą, taip stipriai pablogindamas suvirintojo jungties mechanines savybes. Todėl azotas nerekomenduojamas kaip apsauginis dujų mišinys aliuminio lydinių ir anglies plieno suvirinimui.
Kita vertus, azoto ir nerūdijančiojo plieno chemine reakcija susidarančios nitridų jungtys gali padidinti suvirintojo jungties stiprumą ir pagerinti jos mechanines savybes. Todėl azotas gali būti naudojamas kaip apsauginis dujų mišinys nerūdijančiojo plieno suvirinimui.
Argonas (Ar)
yra santykinai nebrangus, turi didelę tankį ir užtikrina gerą apsaugą. Virinimo paviršius yra lygesnis nei naudojant helį. Tačiau jis lengvai jonizuojamas aukštos temperatūros metalo plazmos, dėl ko dalis lazerio spindulio gali būti užbloškta nuo darbo detalės, sumažėja veiksminga virinimo galia ir sutrinka virinimo greitis bei įgriovimas. Ar (Ar) turi žemiausią jonizacijos energiją, tačiau jo jonizacijos laipsnis lazerio šviesos poveikiu yra santykinai aukštas, todėl sunku kontroliuoti plazmos debesų susidarymą, o tai tam tikru mastu paveikia lazerio veiksmingą panaudojimą. Tačiau Ar yra labai mažai reaktyvus ir sunkiai chemiškai reaguoja su įprastais metalais. Be to, Ar yra nebrangus. Taip pat Ar turi didelį tankį, todėl lengvai nusėda virš virinamojo baseino, užtikrindamas geriau apsaugą virinamojo baseino. Todėl jis gali būti naudojamas kaip įprastas apsauginis dujų mišinys.
Helis (He)
Jis yra brangesnis, tačiau duoda geriausią poveikį, leisdamas lazeriui tiesiogiai praeiti be kliūčių į apdorojamojo paviršiaus paviršių. Jis turi aukščiausią jonizacijos energiją, tačiau jo jonizacijos laipsnis lazerio spinduliavimo metu yra labai žemas, todėl galima veiksmingai kontroliuoti plazminės debesies susidarymą. Lazeris gerai veikia metalus, o helis turi labai mažą reaktyvumą ir beveik nereaguoja chemiškai su metalais. Tai puikus apsauginis dujų mišinys suvirinimui. Tačiau helis yra per brangus, todėl jis paprastai nenaudojamas masiniam gamybos procesui. Jis dažniausiai naudojamas moksliniams tyrimams arba aukštos pridėtinės vertės produktams.
Apsaugos dujų įpurškimo metodai
Šiuo metu yra du pagrindiniai apsaugos dujų įvedimo būdai: vienas – neašinis šoninis apsaugos dujų pūtimas... Lygiagretus šoninis apsauginių dujų pūtimas
Kitas tipas – ašinis apsauginių dujų pūtimas.
Ašinis apsauginių dujų pūtimas
Abiejų pūtimo metodų pasirinkimas priklauso nuo kelių veiksnių derinio, tačiau paprastai rekomenduojamas šoninis apsaugos dujų pūtimas.
Aprišimo dujų pūtimo metodų pasirinkimo principai
Pirmiausia svarbu paaiškinti, kad terminas „virinamojo siūlio oksidacija“ yra žodyrinis išraiškos variantas. Teoriškai jis reiškia cheminę reakciją tarp virinamojo siūlio ir oro kenksmingų komponentų, dėl kurios sumažėja virinamojo siūlio kokybė. Dažni pavyzdžiai – virinamojo metalo reakcija su oru esančiu deguonimi, azotu ir vandeniliu tam tikrose temperatūrose.
Virinamojo siūlio oksidacijos prevencija apima šių kenksmingų komponentų sąlyčio su virinamuoju metalu aukštoje temperatūroje sumažinimą arba visišką pašalinimą. Ši aukšta temperatūra reiškia ne tik lydymosi baseino metalą, bet ir visą laikotarpį nuo to momento, kai virinamasis metalas pradeda lydytis, iki jo sukietėjimo ir temperatūros nukritimo žemiau tam tikros ribos.
Pavyzdžiui, titano lydinių virinant vandenilis greitai absorbuojamas virš 300 °°C, deguonis virš 450 °°C ir azotas virš 600 °C. Todėl titano lydinių suvirinimai reikalauja veiksmingos apsaugos po sušaldymo ir tuo metu, kai temperatūra nukrenta žemiau 300 °C; priešingu atveju jie bus „oksiduoti“.
Kaip aiškina aukščiau pateikta informacija, pūtimo apsauginis dujų srautas ne tik turi laiku apsaugoti suvirinimo baseiną, bet ir naujai sušalusią sritį. Todėl dažniausiai naudojamas nuo ašies nuokrypio šoninis apsauginių dujų pūtimo metodas, pavaizduotas 1 paveiksle, nes jis užtikrina platesnę apsaugą nei ašinės apsaugos metodas, pavaizduotas 2 paveiksle, ypač geriau apsaugant naujai sušalusią suvirinimo sritį.
Inžinerinėse aplikacijose nuo ašies nuokrypio šoninis apsauginių dujų pūtimo metodas netinka visiems gaminiams. Tam tikriems konkrečiems gaminiams galima naudoti tik ašinį apsauginių dujų pūtimą. Pasirinkimas turi būti pritaikytas pagal gaminio konstrukciją ir jungties tipą.
Konkretaus apsauginių dujų pūtimo metodo parinkimas
1) Tiesūs suvirinimai
Kaip parodyta 3 pav., gaminio suvirinimo švasčios forma yra tiesiška. Jungties tipas gali būti kraštinė jungtis, uždėtinė jungtis, kampinė jungtis arba persidengianti suvirinimo jungtis. Šiam gaminio tipui pageidautina naudoti nuo ašies nuokrypio šoninio pūtimo apsauginės dujos metodą, parodytą yra pageidautinas.
2) Plokščiosios uždarosios formos suvirinimai
Gaminio suvirinimo švasčios forma yra uždara forma, pvz., plokščioji apskritimo, plokščioji daugiakampė arba plokščioji daugiasegmentinė linija. Jungties tipas gali būti kraštinė jungtis, uždėtinė jungtis arba persidengianti suvirinimo jungtis. Šiam gaminio tipui pageidautinas ašinis apsauginių dujų metodas.
Plokščiosios uždarosios formos suvirinimas
Apšginamojo dujų pasirinkimas tiesiogiai veikia suvirinimo gamybos kokybę, efektyvumą ir sąnaudas. Tačiau dėl įvairių suvirinamų medžiagų įvairovės faktiniame suvirinime suvirinimo dujų pasirinkimas yra gana sudėtingas. Būtina išsamiai įvertinti suvirinamąją medžiagą, suvirinimo metodą, suvirinimo padėtį ir reikiamą suvirinimo rezultatą. Tik atlikus suvirinimo bandymus galima parinkti tinkamesnes suvirinimo dujas, kad būtų pasiekti geriausi suvirinimo rezultatai.
