Laserové svařování je zaměřeno především na zlepšení účinnosti a kvality svařování tenkostěnných materiálů a přesných dílů. Dnes se nebudeme zabývat výhodami laserového svařování, ale zaměříme se na to, jak správně používat ochranné plyny pro laserové svařování.
Proč používat ochranný plyn pro laserové svařování?
Při laserovém svařování ovlivňuje ochranný plyn tvar svaru, kvalitu svaru, hloubku svaru a šířku svaru. Ve většině případů má vhánění asistovaného plynu pozitivní vliv na svar, ale může mít i nepříznivé účinky.
Když správně foukáte ochranný plyn, pomůže vám to:
✦Účinně chrání svarovou lázeň a snižují nebo dokonce zabraňují oxidaci
✦Účinně snižují rozstřik vznikající při svařovacím procesu
✦Účinně snižuje póry svaru
✦Napomáhejte rovnoměrnému rozprostření svarové lázně při tuhnutí, aby svar měl čistý a hladký okraj.
✦Ochranný účinek oblaku kovových par nebo plazmového oblaku na laser je účinně snížen a efektivní míra využití laseru je zvýšena.
Dokudvýběr typu ochranného plynu, průtoku plynu a režimu foukáníPokud jsou správné, můžete dosáhnout ideálního výsledku svařování. Nesprávné použití ochranného plynu však může také nepříznivě ovlivnit svařování. Použití nesprávného typu ochranného plynu může vést k vrzání ve svarech nebo ke snížení mechanických vlastností svaru. Příliš vysoký nebo příliš nízký průtok plynu může vést k vážnější oxidaci svaru a vážnému vnějšímu ovlivnění kovového materiálu uvnitř tavné lázně, což má za následek zhroucení svaru nebo nerovnoměrné tvarování.
Druhy ochranného plynu
Běžně používané ochranné plyny při laserovém svařování jsou hlavně N2, Ar a He. Jejich fyzikální a chemické vlastnosti se liší, takže se liší i jejich vliv na svary.
Dusík (N2)
Ionizační energie N2 je střední, vyšší než u Ar a nižší než u He. Pod laserovým zářením zůstává stupeň ionizace N2 stabilní, což může lépe omezit tvorbu plazmového mraku a zvýšit efektivní využití laseru. Dusík může při určité teplotě reagovat s hliníkovou slitinou a uhlíkovou ocelí za vzniku nitridů, které zlepšují křehkost svaru a snižují houževnatost a mají velký nepříznivý vliv na mechanické vlastnosti svarových spojů. Proto se nedoporučuje používat dusík při svařování hliníkových slitin a uhlíkové oceli.
Chemická reakce mezi dusíkem a nerezovou ocelí, která vzniká v důsledku dusíku, však může zlepšit pevnost svarového spoje, což bude přínosné pro zlepšení mechanických vlastností svaru, takže při svařování nerezové oceli lze jako ochranný plyn použít dusík.
Argon (Ar)
Ionizační energie argonu je relativně nízká a jeho stupeň ionizace se působením laseru zvyšuje. Argon jako ochranný plyn pak nemůže účinně kontrolovat tvorbu plazmových oblaků, což snižuje efektivní využití laserového svařování. Vyvstává otázka: je argon špatným kandidátem pro použití jako ochranný plyn při svařování? Odpověď zní ne. Argon je inertní plyn, takže obtížně reaguje s většinou kovů a Ar je levný na použití. Navíc je hustota Argonu vysoká, což vede k jeho propadu na povrch roztavené lázně a umožňuje ji lépe chránit, takže Argon lze použít jako konvenční ochranný plyn.
Hélium (He)
Na rozdíl od argonu má hélium relativně vysokou ionizační energii, která dokáže snadno kontrolovat tvorbu plazmových oblaků. Zároveň hélium nereaguje s žádnými kovy. Je to skutečně dobrá volba pro laserové svařování. Jediným problémem je, že hélium je relativně drahé. Pro výrobce, kteří dodávají kovové výrobky pro hromadnou výrobu, hélium enormně zvyšuje výrobní náklady. Hélium se proto obecně používá ve vědeckém výzkumu nebo u produktů s velmi vysokou přidanou hodnotou.
Jak vhánět ochranný plyn?
Především je třeba si ujasnit, že tzv. „oxidace“ svaru je pouze obecný název, který teoreticky označuje chemickou reakci mezi svarem a škodlivými složkami ve vzduchu, jež vede k jeho zhoršení. Svarový kov běžně reaguje s kyslíkem, dusíkem a vodíkem ve vzduchu při určité teplotě.
Aby se zabránilo „oxidaci“ svaru, je nutné omezit nebo zcela vyloučit kontakt mezi těmito škodlivými složkami a svarovým kovem při vysoké teplotě, která se nachází nejen v roztaveném kovu lázně, ale v celém období od doby, kdy se svarový kov roztaví, až do doby, kdy roztavený kov lázně ztuhne a jeho teplota klesne na určitou teplotu.
Dva hlavní způsoby vhánění ochranného plynu
▶Jeden vhání ochranný plyn na boční osu, jak je znázorněno na obrázku 1.
▶Druhou možností je koaxiální metoda foukání, jak je znázorněno na obrázku 2.
Obrázek 1.
Obrázek 2.
Konkrétní volba dvou metod vhánění ochranného plynu je komplexním zvážením mnoha aspektů. Obecně se doporučuje zvolit způsob bočního vhánění ochranného plynu.
Některé příklady laserového svařování
1. Svařování rovným housenkovým/liniovým svařováním
Jak je znázorněno na obrázku 3, tvar svaru výrobku je lineární a spoj může být tupý, přeplátovaný, rohový nebo překrývající se. Pro tento typ výrobku je lepší použít boční vhánění ochranného plynu, jak je znázorněno na obrázku 1.
2. Svařování blízkého obrázku nebo plochy
Jak je znázorněno na obrázku 4, tvar svaru výrobku je uzavřený vzor, například rovinný obvod, rovinný víceúhelníkový tvar, rovinný vícesegmentový lineární tvar atd. Tvar spoje může být tupý spoj, přeplátovaný spoj, překrývající se svařování atd. Pro tento typ výrobku je lepší použít koaxiální metodu ochranného plynu, jak je znázorněno na obrázku 2.
Výběr ochranného plynu přímo ovlivňuje kvalitu svařování, účinnost a výrobní náklady, ale vzhledem k rozmanitosti svařovacích materiálů je v samotném svařovacím procesu výběr svařovacího plynu složitější a vyžaduje komplexní zvážení svařovacího materiálu, metody svařování, svařovací polohy a také požadavků na svařovací efekt. Prostřednictvím svařovacích zkoušek lze zvolit vhodnější svařovací plyn pro dosažení lepších výsledků.
Mám zájem o laserové svařování a ochotu se naučit, jak vybrat ochranný plyn.
Související odkazy:
Čas zveřejnění: 10. října 2022