Laserteknik

Har du stött på svetsfel som överdriven sprutning, oattraktiv svetsformning och många porer efter svetsning? Även om du kanske undrar om det beror på felaktiga inställningar av laserprocessparametrar, är du medveten om att korrekt användning av skyddsgas också är en avgörande faktor för svetsformning och prestanda? Att välja den optimala skyddsgasen är faktiskt ett sätt att förbättra svetskvaliteten och effektiviteten.

Eftersom skyddsgas är så viktig, vad är dess exakta funktion? Hur väljer du rätt typ av skyddsgas? Hur ska skyddsgasen tillföras under svetsningen?

Skyddsgasens roll

Vid lasersvetsning påverkar skyddsgasen svetsformningen, svetskvaliteten, svetsgenomträngningen och svetsbredden. I de flesta fall har insprutning av skyddsgas en positiv inverkan på svetsen, men den kan också ha negativa effekter.

Positiva effekter

1) Korrekt introducerad skyddsgas skyddar effektivt svetsbadet och minskar eller till och med förhindrar oxidation.

2) Korrekt introducerad skyddsgas minskar effektivt sprutning under svetsningen.

3) Korrekt introducerad skyddsgas främjar jämn utbredning av svetsbadet under stelningsprocessen, vilket resulterar i en jämn och estetiskt tilltalande svets.

4) Korrekt introducerad skyddsgas minskar effektivt skyddeffekten från metallångor eller plasma moln på lasern, vilket ökar den effektiva utnyttjandegraden av lasern.

5) Korrekt introducerad skyddsgas minskar effektivt porositeten i svetsen.

Så länge gasens typ, flödeshastigheten och introduktionsmetoden väljs korrekt kan idealiska resultat uppnås.

Dock kan felaktig användning av skyddsgas också påverka svetsningen negativt.

1) Felaktig tillämpning av skyddsgas kan försämra svetsen:

① Att välja fel gas typ kan orsaka sprickor i svetsen och minska svetsens mekaniska egenskaper;

② Att välja fel flöde av gas kan leda till allvarligare oxidation av svetsen (oavsett om flödet är för högt eller för lågt) och kan även orsaka kraftig störning av svetsbadet, vilket resulterar i svetskollaps eller ojämn formning;

③ Att välja fel metod för gasapplikation kan leda till ineffektivt eller till och med obefintligt skydd, eller påverka svetsformningen negativt;

2) Tillämpning av skyddsgas kan påverka svetsens inträngning, särskilt vid svetsning av tunnplåt, vilket minskar svetsens inträngning.

Typer av skyddsgaser

Vanliga skyddsgaser som används vid lasersvetsning inkluderar N2, Ar och He. Deras fysikalisk-kemiska egenskaper skiljer sig åt, och därför varierar deras effekter på svetsen.

Kväve (N2)

Den billigaste, men olämplig för svetsning av vissa rostfria stål. Kväve (N2) har en måttlig joniseringsenergi, högre än Ar men lägre än He. Under laserbelysning är dess joniseringsgrad i allmänhet låg, vilket effektivt minskar bildningen av plasma moln och därmed ökar den effektiva utnyttjandegraden av lasern. Kväve kan dock reagera kemiskt med aluminiumlegeringar och kolstål vid vissa temperaturer och bilda nitrid. Detta ökar svetsens sprödhet och minskar tåliga, vilket påverkar mekaniska egenskaper hos svetsförbindningen kraftigt negativt. Därför rekommenderas inte kväve som skyddsgas vid svetsning av aluminiumlegeringar och kolstål.

Å andra sidan kan nitriderna som bildas genom den kemiska reaktionen mellan kväve och rostfritt stål öka hållfastheten i svetsförbindningen och förbättra dess mekaniska egenskaper. Därför kan kväve användas som skyddsgas vid svetsning av rostfritt stål.

Argon (Ar)

är relativt billigt, har en hög densitet och ger god skyddning. Svetytan är jämnare än med helium. Det är dock lätt att joniseras av metallplasma vid hög temperatur, vilket kan skärma bort en del av laserstrålen från att nå arbetsstycket, vilket minskar den effektiva svetseffekten och hindrar svetshastigheten och penetrationsdjupet. Ar (Ar) har den lägsta joniseringsenergin, men dess grad av jonisering är relativt hög under laserbelysning, vilket inte främjar kontrollen av plasmamolnens bildning och kommer att ha en viss påverkan på den effektiva utnyttjandegraden för lasern. Ar är dock mycket lågre reaktivt och reagerar knappast kemiskt med vanliga metaller. Dessutom är Ar billigt. Ar har även en hög densitet, vilket underlättar att det sjunker ner över svetsbadet och ger bättre skydd för svetsbadet. Därför kan det användas som en konventionell skyddsgas.

Helium (He)

Det är dyrare, men ger bästa effekt och tillåter att lasern passerar direkt genom utan hinder till arbetsstyckets yta. Den har den högsta joniseringsenergin, men dess joniseringsgrad är mycket låg under laserbelysning, vilket effektivt kan kontrollera bildningen av plasma moln. Lasern kan verka väl på metaller, och He har mycket låg reaktivitet och reagerar i princip inte kemiskt med metaller. Det är en utmärkt skyddsgas för svetsningar. Emellertid är He för dyr, och används vanligtvis inte för massproduktion. He används vanligtvis för vetenskaplig forskning eller produkter med högt värdetillskott.

Metoder för insprutning av skyddsgas

Det finns för närvarande två huvudsakliga metoder för införande av skyddsgaser: den ena är excentrisk sidoblasning av skyddsgas... Parallell sidoblasning av skyddsgas

En annan typ är koaxial skyddsgas.

Koaxial skyddsgas

Valet mellan de två bläsningsmetoderna beror på en kombination av faktorer, men sidoblasning av skyddsgas rekommenderas i allmänhet.

Principer för valet av metoder för skyddsgasblåsning

Först och främst är det viktigt att klargöra att uttrycket "svetsoxidation" är ett vardagligt uttryck. Teoretiskt sett avser det en kemisk reaktion mellan svetsen och skadliga beståndsdelar i luften, vilket leder till en försämring av svetskvaliteten. Vanliga exempel inkluderar att svetsmetallen reagerar med syre, kväve och väte i luften vid vissa temperaturer.

Att förhindra svetsoxidation innebär att minska eller undvika kontakt mellan dessa skadliga beståndsdelar och svetsmetallen vid höga temperaturer. Denna höga temperatur avser inte bara smältbadsmetallen utan även hela tidsperioden från när svetsmetallen smälter tills den stelnar och dess temperatur sjunker under en viss nivå.

Till exempel absorberas väte snabbt vid temperaturer över 300 °°C, syre över 450 °°C och kväve över 600 °C. Därför kräver svetsningar av titanlegering effektiv skyddning efter stelnning och under den period då temperaturen sjunker under 300 °C; annars kommer de att "oxideras."

Som beskrivningen ovan klargör måste den blåsta skyddsgasen inte bara skydda smältbadet i tidig fas, utan även det nyss stelnade området. Därför används vanligtvis metoden med excentrerad sidoblasning av skyddsgas, som visas i figur 1, eftersom den ger ett bredare skyddsområde än den koaxiala skyddsmetoden som visas i figur 2, särskilt genom bättre skydd av det nyss stelnade svetsområdet.

För tekniska tillämpningar är excentrerad sidoblasning av skyddsgas inte lämplig för alla produkter. För vissa specifika produkter kan endast koaxial skyddsgas användas. Valet måste anpassas till produktens konstruktion och fogtyp.

Val av specifik metod för blåsning av skyddsgas

1) Raka svetsar

Som framgår av figur 3 är svetsformen på produkten rak. Fogtypen kan vara en stumpfog, en överlappningsfog, en hörnfog eller en överlappande svets. För denna typ av produkt föredras metoden med sidobladning av skyddsgas utanför axeln som visas i är att föredra.

2) Planära slutna svetsar

Svetsformen på produkten är en sluten form, till exempel en plan cirkel, en plan polygon eller en plan flersegmentlinje. Fogtypen kan vara en stumpfog, en överlappningsfog eller en överlappande svetsfog. För denna typ av produkt föredras koaxial skyddsgas.

Planär sluten svetsform

Valet av skyddsgas påverkar direkt kvaliteten, effektiviteten och kostnaden för svetsproduktionen. På grund av mångfalden av svetsmaterial är valet av svetsgas i praktiskt svetsarbete dock ganska komplext. Det krävs en omfattande bedömning av svetsmaterialet, svetsmetoden, svetspositionen och den önskade svetseffekten. Endast genom svetstester kan en mer lämplig svetsgas väljas för att uppnå bättre svetsresultat.