LaserTeknologi

Har du opplevd sveisefeil som for mye sputter, uattraktiv sveiseformasjon og mange porer etter sveising? Mens du kanskje lurer på om det skyldes feil innstillinger av laser-sveiseprosessparametere, er du klar over at riktig bruk av beskyttelsesgass også er en avgjørende faktor som påvirker sveiseformasjon og -ytelse? Å velge den optimale beskyttelsesgassen er faktisk en måte å forbedre sveisekvaliteten og -effektiviteten på.

Siden beskyttelsesgass er så viktig, hva er egentlig dens funksjon? Hvordan skal du velge type beskyttelsesgass? Hvordan skal beskyttelsesgassen tilføres under sveising?

Rollen til beskyttelsesgass

Ved lasersveising påvirker beskyttelsesgassen sveiseformingen, sveisekvaliteten, sveisedypen og sveisebredden. I de fleste tilfeller har tilførsel av beskyttelsesgass en positiv effekt på sveisen, men den kan også ha ugunstige virkninger.

Positive effekter

1) Riktig tilført beskyttelsesgass beskytter effektivt sveisesmeltet, noe som reduserer eller til og med forhindrer oksidasjon.

2) Riktig tilført beskyttelsesgass reduserer effektivt sputter under sveising.

3) Riktig tilført beskyttelsesgass fremmer jevn utbredelse av sveisesmeltet under stivning, noe som gir en jevn og estetisk tiltalende sveise.

4) Riktig tilført beskyttelsesgass reduserer effektivt skjermingseffekten fra metallvaporskyer eller plasma-skyer på laseren, og øker dermed den effektive utnyttelsesgraden av laserstrålen.

5) Riktig tilført beskyttelsesgass reduserer effektivt porøsitet i sveisen.

Så lenge gassarten, gassstrømmen og tilførselsmetoden velges riktig, kan ideelle resultater oppnås.

Imidlertid kan feilaktig bruk av beskyttelsesgass også påvirke sveisingen negativt.

1) Feilaktig bruk av beskyttelsesgass kan forverre sveisen:

① Å velge feil gass type kan føre til sveisesprekker og redusere mekaniske egenskaper til sveisen;

② Å velge feil gassstrømningshastighet kan føre til alvorligere sveiseoksidasjon (uansett om strømningshastigheten er for høy eller for lav) og kan også forårsake alvorlig forstyrrelse av sveisebadet, noe som resulterer i sveisekollaps eller ujevn sveiseformasjon;

③ Å velge feil metode for gasspåføring kan føre til ineffektiv eller til og med ikke-eksisterende beskyttelse, eller påvirke sveiseformasjonen negativt;

2) Beskyttelsesgasspåføring kan påvirke sveisedybden, spesielt ved sveising av tynne plater, og redusere sveisedybden.

Typer beskyttelsesgasser

Vanlige beskyttelsesgasser brukt ved lasersveising inkluderer N₂, Ar og He. Deres fysikalsk-kjemiske egenskaper varierer, og derfor varierer også deres virkning på sveisen.

Kvilestoff (N2)

Den billigste, men uegnede for sveising av visse rustfrie stål. Nitrogen (N2) har en moderat ioniseringsenergi, høyere enn Ar, men lavere enn He. Under laserstråling er graden av ionisering generelt lav, noe som effektivt reduserer dannelse av plasma sky og dermed øker den effektive utnyttelsen av laseren. Nitrogen kan imidlertid reagere kjemisk med aluminiumlegeringer og karbonstål ved visse temperaturer og danne nitrid. Dette øker sveiseskjelettets skjørhet og reduserer tøyeegenskapene, noe som påvirker mekaniske egenskaper til sveiforbindelsen betydelig negativt. Derfor anbefales det ikke å bruke nitrogen som beskyttelsesgass ved sveising av aluminiumlegeringer og karbonstål.

På den andre siden kan nitridene som dannes ved den kjemiske reaksjonen mellom nitrogen og rustfritt stål øke styrken i sveiforbindelsen og forbedre dens mekaniske egenskaper. Derfor kan nitrogen brukes som beskyttelsesgass ved sveising av rustfritt stål.

Argon (Ar)

er relativt billig, har en høy tetthet og gir god beskyttelse. Sveisesoverflaten er jevnere enn med helium. Den ioniseres imidlertid lett av metallplasma ved høy temperatur, noe som kan skjerma en del av laserstrålen fra å nå arbeidsstykket, redusere den effektive sveiseeffekten og hindre sveisehastigheten og inndringen. Ar (argon) har den laveste ioniseringsenergien, men graden av ionisering er relativt høy under laserstråling, noe som ikke er gunstig for kontrollen av plasmacloud-dannelsen og vil ha en viss innvirkning på den effektive utnyttelsesgraden av laserstrålen. Argon er imidlertid svært lite reaktivt og reagerer vanskelig kjemisk med vanlige metaller. Videre er argon billig. I tillegg har argon en høy tetthet, noe som letter at det synker ned over sveisebadet og dermed gir bedre beskyttelse av sveisebadet. Derfor kan det brukes som et konvensjonelt skyggas.

Helium (He)

Det er dyrere, men har best virkning, slik at laserstrålen kan gå direkte gjennom uten hindring til arbeidsstykkets overflate. Den har den høyeste ioniseringsenergien, men ioniseringsgraden er svært lav under laserstråling, noe som effektivt kan kontrollere dannelse av plasma-skyer. Laseren virker godt på metaller, og helium (He) har svært lav reaktivitet og reagerer i praksis ikke kjemisk med metaller. Det er en utmerket beskyttelsesgass for sveising. Imidlertid er He for dyrt, og brukes vanligvis ikke i masseproduksjon. He brukes vanligvis i vitenskapelig forskning eller for produkter med høy verdiøkning.

Metoder for injeksjon av beskyttelsesgass

Det finnes for tiden to hovedmetoder for innføring av beskyttelsesgasser: én er avviklet sideblåsing av beskyttelsesgass… parallell sideblåst beskyttelsesgass

En annen type er koaksial beskyttelsesgass.

Koaksial beskyttelsesgass

Valget mellom de to blåsemethodene avhenger av en rekke faktorer, men sideblåsing av beskyttelsesgass anbefales vanligvis.

Prinsipper for valg av metoder for å blåse beskyttelsesgass

For det første er det viktig å klargjøre at uttrykket «sveiseskader på grunn av oksidasjon» er et uformelt uttrykk. Teoretisk sett refererer det til en kjemisk reaksjon mellom sveisen og skadelige bestanddeler i luften, noe som fører til en nedgang i sveisekvaliteten. Vanlige eksempler inkluderer reaksjon mellom sveisemetallet og oksygen, nitrogen og hydrogen i luften ved visse temperaturer.

Å forhindre sveiseskader på grunn av oksidasjon innebär å redusere eller unngå kontakt mellom disse skadelige bestanddelene og sveisemetallet ved høye temperaturer. Denne høye temperaturen refererer ikke bare til smeltedammen, men også til hele perioden fra det øyeblikket sveisemetallet smelter til det stivner og temperaturen faller under et visst nivå.

For eksempel absorberes hydrogen raskt i titanlegeringer ved temperaturer over 300 °°C, oksygen over 450 °°C og nitrogen over 600 °C. Derfor krever legeringer av titan effektiv beskyttelse etter at de har stivnet og i perioden der temperaturen synker under 300 °C; ellers vil de bli «oksidert».

Som beskrivelsen ovenfor klarlegger, må den blåste beskyttelsesgassen ikke bare beskytte sveisebadet til enhver tid, men også det nylig stivnede området. Derfor brukes vanligvis metoden med sideblåst, ikke-aksial beskyttelsesgass som vist i figur 1, fordi den gir et bredere beskyttelsesområde enn den koaksiale beskyttelsesmetoden som vist i figur 2, spesielt ved bedre beskyttelse av det nylig stivnede sveiseområdet.

For tekniske anvendelser er sideblåst, ikke-aksial beskyttelsesgass ikke egnet for alle produkter. For visse spesifikke produkter kan kun koaksial beskyttelsesgass brukes. Valget må tilpasses produktets konstruksjon og leddtype.

Valg av spesifikk metode for blåsing av beskyttelsesgass

1) Rette sveiser

Som vist i figur 3 er sveiseformen til produktet rett. Forbindelsestypen kan være en stumpforbindelse, en overlappende forbindelse, en hjørneforbindelse eller en overlappende sveise. For denne typen produkt foretrekkes metoden med sideblåsing av beskyttelsesgass utenfor aksen som vist i er foretrukket.

2) Planære lukkede sveiseformer

Sveiseformen til produktet er en lukket form, for eksempel en plan sirkel, en plan mangekant eller en plan flersegmentlinje. Forbindelsestypen kan være en stumpforbindelse, en overlappende forbindelse eller en overlappende sveiseforbindelse. For denne typen produkt foretrekkes koaksial beskyttelsesgass.

Planær lukket sveiseform

Utvalget av beskyttelsesgass påvirker direkte kvaliteten, effektiviteten og kostnadene ved sveiseproduksjonen. På grunn av mangfoldet av sveisematerialer er imidlertid utvelgelsen av sveisegass i praktisk sveising ganske komplisert. Det er nødvendig å vurdere sveise materialet, sveisemetoden, sveiseposisjonen og det ønskede sveiseresultatet på en helhetlig måte. Kun gjennom sveisetester kan en mer egnet sveisegass velges for å oppnå bedre sveiseresultater.