Pagpili ng Gas na Pananggalang sa Laser Welding
Nakaranas ka na ba ng mga depekto sa pag-weld tulad ng labis na splatter, hindi magandang anyo ng weld, at maraming butas matapos ang pag-weld? Habang maaaring iniisip mo kung ito ay dahil sa maling pag-set ng mga parameter ng proseso ng laser welding, alam mo ba na ang tamang paggamit ng shielding gas ay isang mahalagang kadahilanan din na nakaaapekto sa anyo at pagganap ng weld? Ang pagpili ng pinakamainam na shielding gas ay talagang isang paraan upang mapabuti ang kalidad at kahusayan ng pag-weld.
Dahil ang shielding gas ay ganito kahalaga, ano nga ba ang eksaktong tungkulin nito? Paano dapat pumili ng uri ng shielding gas? Paano dapat ipa-blow ang shielding gas habang nag-weweld?
Ang Tungkulin ng Shielding Gas
Sa laser welding, ang shielding gas ay nakaaapekto sa pagbuo ng weld, kalidad ng weld, lalim ng pagpasok ng weld, at lapad ng weld. Sa karamihan ng mga kaso, ang pagpapadala ng shielding gas ay may positibong epekto sa weld, ngunit maaari rin itong magdulot ng negatibong epekto.
Mga Positibong Epekto
1) Ang tamang pagpapakilala ng shielding gas ay epektibong nagpoprotekta sa weld pool, na binabawasan o kahit na pinipigilan ang oksidasyon.
2) Ang tamang pagpapakilala ng shielding gas ay epektibong binabawasan ang spatter habang nangyayari ang welding.
3) Ang tamang pagpapakilala ng shielding gas ay nagpapadali ng pantay na pagkalat ng weld pool habang natitigas, na nagreresulta sa isang pantay at estetikong weld.
4) Ang tamang pagpapakilala ng shielding gas ay epektibong binabawasan ang shielding effect ng metal vapor plumes o plasma clouds sa laser, na nagpapataas ng epektibong rate ng paggamit ng laser.
5) Ang tamang pagpapakilala ng shielding gas ay epektibong binabawasan ang porosity ng weld.
Kapag tama ang napiling uri ng gas, bilis ng daloy ng gas, at paraan ng pagpapakilala nito, maaaring makamit ang ideal na resulta.
Gayunman, ang hindi tamang paggamit ng gas na pangproteksyon ay maaari ring negatibong makaapekto sa pag-weld.
1) Ang maling paggamit ng gas na pangproteksyon ay maaaring pabigatin ang weld:
① Ang pagpili ng maling uri ng gas ay maaaring magdulot ng mga pukyutan sa weld at bawasan ang mekanikal na katangian nito;
② Ang pagpili ng maling daloy ng gas ay maaaring magdulot ng mas malubhang oksidasyon sa weld (kung ang daloy ay sobrang mataas o sobrang mababa), at maaari ring magdulot ng matinding pagkagambala sa weld pool, na nagreresulta sa pagbagsak o hindi pantay na anyo ng weld;
③ Ang pagpili ng maling paraan ng paglalapat ng gas ay maaaring magresulta sa hindi epektibong o kahit walang anumang proteksyon, o negatibong makaapekto sa anyo ng weld;
2) Ang paglalapat ng gas na pangproteksyon ay maaaring makaapekto sa pagpapasok ng weld, lalo na sa pag-weld ng manipis na plato, kung saan nababawasan ang pagpapasok ng weld.
Mga Uri ng Gas na Pangproteksyon
Kabilang sa karaniwang ginagamit na gas na pangproteksyon sa laser welding ang N2, Ar, at He. Nagkakaiba ang kanilang pisiko-kemikal na katangian, kaya't nagkakaiba rin ang epekto nila sa weld.
Nitrogeno (N2)
Ang pinakamurang, ngunit hindi angkop para sa pag-weld ng ilang uri ng stainless steel. Ang nitrogen (N2) ay may katamtamang enerhiya ng ionisasyon, mas mataas kaysa sa Ar ngunit mas mababa kaysa sa He. Sa ilalim ng pagsisilbi ng laser, ang antas ng ionisasyon nito ay karaniwang mababa, na epektibong binabawasan ang pagbuo ng plasma cloud at samakatuwid ay tumataas ang epektibong rate ng paggamit ng laser. Gayunpaman, ang nitrogen ay maaaring makipag-reaksyon kemikal sa mga alloy ng aluminum at carbon steel sa ilang temperatura, na nagbubunga ng mga nitride. Ito ay nagpapataas ng kahigpitang ng weld at nagpapababa ng kalakasan nito, na may malaking negatibong epekto sa mga mekanikal na katangian ng weld joint. Kaya, hindi inirerekomenda ang nitrogen bilang proteksyon sa mga weld ng alloy ng aluminum at carbon steel.
Sa kabilang banda, ang mga nitride na nabuo mula sa kemikal na reaksyon ng nitrogen at stainless steel ay maaaring magpataas ng lakas ng weld joint, na nagpapabuti sa mga mekanikal na katangian nito. Kaya, ang nitrogen ay maaaring gamitin bilang shielding gas kapag nag-weweld ng stainless steel.
Argon (Ar)
ay kahalos abot-kaya, may mataas na density, at nagbibigay ng mabuting proteksyon. Ang ibabaw ng welding ay mas makinis kaysa sa ginagamit na helium. Gayunpaman, madaling ionized ng mataas na temperatura ng metal plasma, na maaaring takpan ang bahagi ng laser beam upang hindi ito makarating sa workpiece, kaya nababawasan ang epektibong kapangyarihan ng welding at nakakahadlang sa bilis ng welding at sa pagpapasok (penetration). Ang Ar (Argon) ay may pinakamababang ionization energy, ngunit ang antas ng kanyang ionization ay relatibong mataas sa ilalim ng pagsisilbi ng laser, na hindi mainam sa pagkontrol sa pagbuo ng mga ulap ng plasma at magkakaroon ng tiyak na epekto sa epektibong rate ng paggamit ng laser. Gayunpaman, ang Ar ay may napakababang reactivity at mahirap makipag-reaction nang kemikal sa karaniwang mga metal. Bukod dito, murang-mura ang Ar. Dagdag pa, ang Ar ay may mataas na density, na nakakatulong sa kanyang pag-upo sa itaas ng weld pool, na nagbibigay ng mas mahusay na proteksyon sa weld pool. Kaya, maaari itong gamitin bilang karaniwang shielding gas.
Helium (He)
Mas mahal ito, ngunit may pinakamahusay na epekto, na nagpapahintulot sa laser na dumaloy nang direkta nang walang hadlang patungo sa ibabaw ng gawang-bagay. Mayroon itong pinakamataas na enerhiya ng ionisasyon, ngunit napakababa ng antas ng kanyang ionisasyon sa ilalim ng pagsisilbi ng laser, na maaaring epektibong kontrolin ang pagbuo ng mga ulap ng plasma. Mabuti ang pagkilos ng laser sa mga metal, at napakababa ng reaktibidad ng He, kaya't halos hindi ito nakikilahok sa anumang reaksyon na kimikal kasama ang mga metal. Ito ay isang mahusay na gas na pangpanatag na proteksyon para sa mga weld. Gayunpaman, napakamahal ng He, kaya't karaniwang hindi ito ginagamit sa mass production. Ginagamit ang He pangkalahatan para sa pananaliksik na pang-agham o sa mga produkto na may mataas na halaga ng idinagdag.
Mga Paraan ng Pag-inject ng Gas na Pangpanatag na Proteksyon
Kasalukuyang may dalawang pangunahing paraan para ipasok ang mga gas na pangpanatag na proteksyon: una ay ang off-axis na side-blowing ng gas na pangpanatag na proteksyon... Patuloy na side-blown na protektibong gas
Ang isa pang uri ay ang coaxial na protektibong gas.
Coaxial na Gas na Pangpanatag na Proteksyon
Ang pagpili sa pagitan ng dalawang paraan ng pagpapadala ng gas ay nakasalalay sa kombinasyon ng iba't ibang salik, ngunit karaniwang inirerekomenda ang side-blowing na gas na pangpanatag na proteksyon.
Mga Prinsipyo sa Pagpili ng Paraan ng Pagpapadala ng Gas na Pananggalang
Una, mahalagang linawin na ang terminong "pag-oxidize ng weld" ay isang kolokyal na ekspresyon. Teoretikal, ito ay tumutukoy sa isang kemikal na reaksyon sa pagitan ng weld at ng mga nakakasirang sangkap sa hangin, na nagdudulot ng pagbaba sa kalidad ng weld. Ang karaniwang halimbawa nito ay ang reaksyon ng metal ng weld sa oksiheno, nitroheno, at hidroheno sa hangin sa ilang tiyak na temperatura.
Ang pag-iwas sa pag-oxidize ng weld ay kasama ang pagbawas o pag-iwas sa kontak ng mga nakakasirang sangkap na ito sa metal ng weld sa mataas na temperatura. Ang mataas na temperatura na ito ay tumutukoy hindi lamang sa metal ng molten pool kundi pati na rin sa buong panahon mula nang tumunaw ang metal ng weld hanggang sa ito ay sumolid at ang temperatura nito ay bumaba sa ilalim ng isang tiyak na antas.
Halimbawa, sa pagsusulat ng titanium alloy, ang hidroheno ay mabilis na naa-absorb sa temperature na higit sa 300 °C, ang oksiheno sa higit sa 450 °C, at ang nitroheno sa higit sa 600 °C. Kaya naman, ang mga pagsusulat ng titanium alloy ay nangangailangan ng epektibong proteksyon pagkatapos ng pagkakabulok at habang ang temperatura ay bumababa sa ilalim ng 300 °C; kung hindi man, sila ay "oxygenated."
Dahil sa paliwanag sa itaas, ang ipinapadala na shielding gas ay hindi lamang kailangang protektahan ang weld pool nang maaga kundi pati na rin ang bagong nabuo na lugar. Kaya naman, ang paraan ng off-axis side-blowing shielding gas na ipinapakita sa Larawan 1 ang karaniwang ginagamit dahil ito ay nagbibigay ng mas malawak na saklaw ng proteksyon kaysa sa coaxial protection method na ipinapakita sa Larawan 2, lalo na sa pagbibigay ng mas mahusay na proteksyon sa bagong nabuo na bahagi ng weld.
Para sa mga aplikasyon sa inhinyerya, ang off-axis side-blowing shielding gas ay hindi angkop para sa lahat ng produkto. Para sa ilang tiyak na produkto, ang tanging maaaring gamitin ay ang coaxial shielding gas. Ang pagpili ay dapat na isinaayos batay sa istruktura ng produkto at uri ng sambungan.
Pagsusuri sa Partikular na Paraan ng Pagpapadala ng Shielding Gas
1) Mga Tuwid na Pagsusulat
Tulad ng ipinapakita sa Larawan 3, ang hugis ng weld ng produkto ay tuwid. Ang uri ng sambungan ay maaaring isang butt joint, lap joint, corner joint, o overlapping weld. Para sa uri ng produkto na ito, ang paraan ng pagpapadala ng shielding gas mula sa gilid na nasa labas ng axis na ipinapakita sa ay pinapaboran.
2) Mga Planar na Weld na May Saradong Hugis
Ang hugis ng weld ng produkto ay isang saradong hugis tulad ng planar na bilog, planar na polygon, o planar na maramihang segment na linya. Ang uri ng sambungan ay maaaring isang butt joint, lap joint, o overlap weld joint. Para sa uri ng produkto na ito, ang coaxial shielding gas ay pinapaboran.
Planar na weld na may saradong hugis
Ang pagpili ng gas na ginagamit sa pag-shield ay direktang nakaaapekto sa kalidad, kahusayan, at gastos ng produksyon sa pagsusulat. Gayunman, dahil sa kakaiba-kakaibang uri ng mga materyales na ginagamit sa pagsusulat, ang pagpili ng gas para sa pagsusulat ay lubhang kumplikado sa aktwal na pagsusulat. Kailangan itong isipin nang buong-buo ang uri ng materyales na ginagamit sa pagsusulat, paraan ng pagsusulat, posisyon ng pagsusulat, at ninanais na epekto ng pagsusulat. Ang tanging paraan upang mapili ang mas angkop na gas para sa pagsusulat at makamit ang mas mahusay na resulta ng pagsusulat ay sa pamamagitan ng pagsusulat na pagsusuri.
