Selectarea gazului de protecție în sudarea cu laser
Ați întâlnit vreodată defecte de sudură, cum ar fi spărtura excesivă, formarea neestetică a cusăturii de sudură și numeroasele pori după sudare? Deși vă puteți întreba dacă acestea sunt cauzate de setările incorecte ale parametrilor procesului de sudură cu laser, sunteți conștienți că utilizarea corectă a gazului de protecție este, de asemenea, un factor esențial care influențează formarea și performanța cusăturii de sudură? Alegerea gazului de protecție optim reprezintă, de fapt, o modalitate de a îmbunătăți calitatea și eficiența sudurii.
Deoarece gazul de protecție este atât de important, care este, de fapt, rolul său? Cum trebuie să alegeți tipul de gaz de protecție? Cum trebuie să fie introdus gazul de protecție în timpul sudării?
Rolul gazului de protecție
În sudarea cu laser, gazul de protecție influențează formarea cusăturii, calitatea cusăturii, penetrarea cusăturii și lățimea cusăturii. În majoritatea cazurilor, injectarea gazului de protecție are un efect pozitiv asupra cusăturii, dar poate avea și efecte negative.
Efecte pozitive
1) Gazul de protecție introdus corect protejează eficient baia de sudură, reducând sau chiar împiedicând oxidarea.
2) Gazul de protecție introdus corect reduce eficient stropirea în timpul sudării.
3) Gazul de protecție introdus corect favorizează răspândirea uniformă a băii de sudură în timpul solidificării, rezultând o cusătură uniformă și estetic plăcută.
4) Gazul de protecție introdus corect reduce eficient efectul de ecranare al jeturilor de vapori metalici sau al norilor de plasmă asupra laserului, crescând astfel rata de utilizare eficientă a laserului.
5) Gazul de protecție introdus corect reduce eficient porozitatea cusăturii.
Atâta timp cât tipul de gaz, debitul gazului și metoda de introducere sunt alese corect, se pot obține rezultate ideale.
Totuși, utilizarea incorectă a gazului de protecție poate afecta negativ, de asemenea, sudarea.
1) Aplicarea incorectă a gazului de protecție poate înrăutăți calitatea sudurii:
① Alegerea unui tip greșit de gaz poate provoca fisuri în sudură și poate reduce proprietățile mecanice ale acesteia;
② Alegerea unei debite incorecte a gazului poate duce la o oxidare mai accentuată a sudurii (indiferent dacă debitul este prea mare sau prea mic) și poate cauza, de asemenea, perturbări semnificative ale băii de sudură, determinând colapsul sudurii sau formarea neuniformă a acesteia;
③ Alegerea unei metode incorecte de aplicare a gazului poate duce la o protecție ineficientă sau chiar inexistență a acesteia, sau poate afecta negativ formarea sudurii;
2) Aplicarea gazului de protecție poate influența penetrarea sudurii, în special în cazul sudării foilor subțiri, reducând penetrarea.
Tipuri de gaze de protecție
Gazele de protecție frecvent utilizate în sudarea cu laser sunt N2, Ar și He. Proprietățile lor fizico-chimice diferă și, prin urmare, efectele lor asupra sudurii variază.
Azot (N2)
Cel mai ieftin, dar nepotrivit pentru sudarea anumitor oțeluri inoxidabile. Azotul (N2) are o energie de ionizare moderată, mai mare decât cea a argonului, dar mai mică decât cea a heliului. Sub iradierea cu laser, gradul său de ionizare este în general scăzut, reducând eficient formarea norului de plasmă și, astfel, crescând rata de utilizare eficientă a laserului. Totuși, azotul poate reacționa chimic cu aliajele de aluminiu și oțelul carbon la anumite temperaturi, formând nitriți. Aceasta crește fragilitatea sudurii și reduce tenacitatea, afectând în mod semnificativ proprietățile mecanice ale îmbinării sudate. Prin urmare, azotul nu este recomandat ca gaz de protecție pentru sudarea aliajelor de aluminiu și a oțelului carbon.
Pe de altă parte, nitriții formați prin reacția chimică dintre azot și oțelul inoxidabil pot crește rezistența îmbinării sudate, îmbunătățind proprietățile sale mecanice. Prin urmare, azotul poate fi utilizat ca gaz de protecție la sudarea oțelurilor inoxidabile.
Argon (Ar)
este relativ ieftin, are o densitate ridicată și oferă o protecție bună. Suprafața sudurii este mai netedă decât în cazul heliului. Totuși, este ușor de ionizat de plasma metalică la temperaturi înalte, ceea ce poate bloca o parte a fasciculului laser să ajungă la piesa de prelucrat, reducând puterea eficientă de sudare și împiedicând atât viteza de sudare, cât și penetrarea. Ar (Ar) are cea mai scăzută energie de ionizare, dar gradul său de ionizare este relativ ridicat sub iradierea cu laser, ceea ce nu este favorabil controlului formării norilor de plasmă și va avea un anumit impact asupra ratei de utilizare eficientă a laserului. Totuși, Ar are o reactivitate foarte scăzută și nu reacționează chimic ușor cu metalele obișnuite. În plus, Ar este ieftin. De asemenea, Ar are o densitate ridicată, ceea ce facilitează depunerea sa deasupra băii de sudură, oferind o protecție superioară acesteia. Prin urmare, poate fi utilizat ca gaz de protecție convențional.
Heliu (He)
Este mai scump, dar are cel mai bun efect, permițând laserului să treacă direct, fără nicio obstrucționare, până la suprafața piesei de prelucrat. Are cea mai mare energie de ionizare, dar gradul său de ionizare este foarte scăzut sub iradierea cu laser, ceea ce permite o controlare eficientă a formării norilor de plasmă. Laserul acționează excelent asupra metalelor, iar heliul (He) are o reactivitate foarte scăzută, nu interacționând practic în mod chimic cu metalele. Este un gaz de protecție excelent pentru sudură. Totuși, heliul este prea scump și, în general, nu se utilizează în producția de masă. Este folosit, de obicei, în cercetarea științifică sau pentru produse cu valoare adăugată ridicată.
Metode de injectare a gazului de protecție
În prezent există două metode principale de introducere a gazelor de protecție: una este suflarea laterală excentrică a gazului de protecție... Gaz de protecție suflat lateral paralel
Al doilea tip este gazul de protecție coaxial.
Gaz de protecție coaxial
Alegerea dintre cele două metode de suflare depinde de o combinație de factori, dar, în general, se recomandă suflarea laterală a gazului de protecție.
Principii pentru alegerea metodelor de suflare a gazului de protecție
În primul rând, este important să clarificăm faptul că termenul „oxidarea sudurii” este o expresie coloquială. Teoretic, acesta se referă la o reacție chimică între sudură și componente dăunătoare din aer, care duce la deteriorarea calității sudurii. Exemple frecvente includ reacția metalului sudurii cu oxigenul, azotul și hidrogenul din aer, la anumite temperaturi.
Prevenirea oxidării sudurii implică reducerea sau evitarea contactului dintre aceste componente dăunătoare și metalul sudurii la temperaturi înalte. Această temperatură înaltă se referă nu doar la metalul băii topite, ci și la întreaga perioadă, de la momentul topirii metalului sudurii până la solidificarea acestuia și scăderea temperaturii sub un anumit nivel.
De exemplu, în sudarea aliajelor de titan, hidrogenul este absorbit rapid la temperaturi peste 300 °°C, oxigenul peste 450 °°C și azotul peste 600 °C. Prin urmare, sudurile din aliaje de titan necesită o protecție eficientă după solidificare și în perioada în care temperatura scade sub 300 °C; în caz contrar, acestea vor fi „oxidate.”
Așa cum reiese din descrierea de mai sus, gazul de protecție suflat nu trebuie doar să protejeze în mod oportun baia de sudură, ci și zona recent solidificată. Prin urmare, se utilizează în general metoda de suflare laterală excentrică a gazului de protecție, prezentată în Figura 1, deoarece oferă o zonă de protecție mai largă decât metoda de protecție coaxială prezentată în Figura 2, asigurând în special o protecție superioară zonei de sudură recent solidificate.
Pentru aplicațiile inginerești, suflarea laterală excentrică a gazului de protecție nu este potrivită pentru toate produsele. Pentru anumite produse specifice, poate fi utilizat doar gazul de protecție coaxial. Alegerea trebuie adaptată structurii produsului și tipului de îmbinare.
Selectarea metodei specifice de suflare a gazului de protecție
1) Suduri drepte
Așa cum se arată în Figura 3, forma sudurii produsului este dreaptă. Tipul de îmbinare poate fi o îmbinare cap la cap, o îmbinare suprapusă, o îmbinare în colț sau o sudură suprapusă. Pentru acest tip de produs, se preferă metoda de protecție cu gaz de acoperire cu suflare laterală excentrică, prezentată în este preferată.
2) Suduri planare închise
Forma sudurii produsului este o formă închisă planară, cum ar fi un cerc planar, un poligon planar sau o linie planară cu mai multe segmente. Tipul de îmbinare poate fi o îmbinare cap la cap, o îmbinare suprapusă sau o îmbinare prin suprapunere. Pentru acest tip de produs, se preferă gazul de protecție coaxial.
Sudură planară închisă
Selectarea gazului de protecție influențează direct calitatea, eficiența și costul producției prin sudare. Totuși, datorită diversității materialelor de sudare, alegerea gazului de sudare în practică este destul de complexă. Este necesar să se țină cont în mod cuprinzător de materialul de sudare, metoda de sudare, poziția de sudare și efectul de sudare dorit. Numai prin testarea sudurii se poate selecta un gaz de sudare mai potrivit pentru obținerea unor rezultate superioare la sudare.
