Schutzgas zum Laserschweißen |

Laserschweißen dient vor allem der Verbesserung der Schweißeffizienz und -qualität von dünnwandigen Materialien und Präzisionsteilen. Heute sprechen wir nicht über die Vorteile des Laserschweißens, sondern konzentrieren uns auf den richtigen Einsatz von Schutzgasen beim Laserschweißen.

Warum Schutzgas beim Laserschweißen verwenden?

Beim Laserschweißen beeinflusst das Schutzgas die Schweißnahtformung, die Schweißnahtqualität, die Schweißnahttiefe und die Schweißnahtbreite. In den meisten Fällen wirkt sich das Einblasen des Schutzgases positiv auf die Schweißnaht aus, kann aber auch negative Auswirkungen haben.

Wenn Sie Schutzgas richtig blasen, hilft Ihnen das:

✦Wirksamer Schutz des Schweißbades zur Reduzierung oder gar Vermeidung von Oxidation

✦Reduzieren Sie effektiv die beim Schweißprozess entstehenden Spritzer

✦Schweißporen effektiv reduzieren

✦Unterstützen Sie die gleichmäßige Ausbreitung des Schweißbades beim Erstarren, sodass die Schweißnaht eine saubere und glatte Kante aufweist

✦Die abschirmende Wirkung der Metalldampffahne oder Plasmawolke auf den Laser wird effektiv reduziert und die effektive Auslastung des Lasers erhöht.

Solange dieSchutzgastyp, Gasdurchflussrate und Auswahl des BlasmodusWenn die richtigen Werte vorliegen, erzielen Sie optimale Schweißergebnisse. Der falsche Einsatz von Schutzgas kann sich jedoch negativ auf das Schweißergebnis auswirken. Die Verwendung des falschen Schutzgases kann zu Knistern in der Schweißnaht führen oder die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht beeinträchtigen. Ein zu hoher oder zu niedriger Gasdurchfluss kann zu stärkerer Oxidation der Schweißnaht und zu starken äußeren Einflüssen auf das Metallmaterial im Schweißbad führen, was zu einem Zusammenbruch der Schweißnaht oder einer ungleichmäßigen Verformung führen kann.

Arten von Schutzgas

Die beim Laserschweißen üblicherweise verwendeten Schutzgase sind hauptsächlich N2, Ar und He. Ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften sind unterschiedlich, daher sind auch ihre Auswirkungen auf die Schweißnähte unterschiedlich.

Stickstoff (N2)

Die Ionisierungsenergie von N2 ist moderat, höher als die von Argon und niedriger als die von Helium. Unter der Laserstrahlung bleibt der Ionisierungsgrad von N2 gleichmäßig, was die Bildung einer Plasmawolke besser reduzieren und die effektive Auslastung des Lasers erhöhen kann. Stickstoff kann bei einer bestimmten Temperatur mit Aluminiumlegierungen und Kohlenstoffstahl reagieren und Nitride bilden, die die Sprödigkeit der Schweißnähte erhöhen und die Zähigkeit verringern und die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindungen stark beeinträchtigen. Daher wird vom Einsatz von Stickstoff beim Schweißen von Aluminiumlegierungen und Kohlenstoffstahl abgeraten.

Die durch Stickstoff erzeugte chemische Reaktion zwischen Stickstoff und Edelstahl kann jedoch die Festigkeit der Schweißverbindung verbessern, was sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht auswirkt. Daher kann beim Schweißen von Edelstahl Stickstoff als Schutzgas verwendet werden.

Argon (Ar)

Die Ionisierungsenergie von Argon ist relativ niedrig, und sein Ionisierungsgrad steigt unter Einwirkung eines Lasers an. Daher kann Argon als Schutzgas die Bildung von Plasmawolken nicht effektiv kontrollieren, was die effektive Auslastung des Laserschweißens verringert. Es stellt sich die Frage: Ist Argon als Schutzgas beim Schweißen ungeeignet? Die Antwort lautet: Nein. Als Inertgas reagiert Argon nur schwer mit den meisten Metallen, und Argon ist kostengünstig. Da Argon zudem eine hohe Dichte aufweist, sinkt es leichter an die Oberfläche des Schweißbades und schützt dieses besser, sodass Argon als konventionelles Schutzgas eingesetzt werden kann.

Helium (He)

Im Gegensatz zu Argon verfügt Helium über eine relativ hohe Ionisierungsenergie, die die Bildung von Plasmawolken leicht kontrollieren kann. Gleichzeitig reagiert Helium nicht mit Metallen. Es eignet sich daher gut zum Laserschweißen. Das einzige Problem ist, dass Helium relativ teuer ist. Für Hersteller, die Metallprodukte in Massenproduktion herstellen, erhöht Helium die Produktionskosten erheblich. Daher wird Helium im Allgemeinen in der wissenschaftlichen Forschung oder bei Produkten mit sehr hoher Wertschöpfung eingesetzt.

Wie bläst man das Schutzgas?

Zunächst einmal sollte klar sein, dass die sogenannte „Oxidation“ der Schweißnaht nur ein allgemeiner Name ist, der sich theoretisch auf die chemische Reaktion zwischen der Schweißnaht und den schädlichen Bestandteilen in der Luft bezieht, die zur Verschlechterung der Schweißnaht führt. Normalerweise reagiert das Schweißmetall bei einer bestimmten Temperatur mit Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in der Luft.

Um zu verhindern, dass die Schweißnaht „oxidiert“, muss der Kontakt zwischen diesen schädlichen Komponenten und dem Schweißmetall bei hohen Temperaturen reduziert oder vermieden werden. Dies gilt nicht nur für das geschmolzene Metall, sondern für den gesamten Zeitraum vom Schmelzen des Schweißmetalls bis zum Erstarren des geschmolzenen Metalls und dem Abkühlen auf eine bestimmte Temperatur.

Zwei Hauptmethoden zum Einblasen von Schutzgas

▶Eine davon ist das Einblasen von Schutzgas auf die Seitenachse, wie in Abbildung 1 dargestellt.

▶Die andere ist eine koaxiale Blasmethode, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 1.

Abbildung 2.

Die konkrete Wahl der beiden Blasmethoden ist eine umfassende Abwägung vieler Aspekte. Generell empfiehlt sich die Wahl des seitlichen Schutzgases.

Einige Beispiele für Laserschweißen

1. Gerades Raupen-/Linienschweißen

Wie in Abbildung 3 dargestellt, ist die Schweißnaht des Produkts linear. Die Verbindungsform kann eine Stumpfnaht, eine Überlappnaht, eine negative Ecknaht oder eine überlappende Schweißnaht sein. Für diesen Produkttyp ist es besser, das seitlich blasende Schutzgas zu verwenden, wie in Abbildung 1 dargestellt.

2. Nahe Figuren- oder Flächenschweißen

Wie in Abbildung 4 gezeigt, ist die Schweißnahtform des Produkts ein geschlossenes Muster, beispielsweise ein ebener Umfang, eine ebene mehrseitige Form, eine ebene mehrsegmentige lineare Form usw. Die Verbindungsform kann eine Stumpfnaht, eine Überlappnaht, eine Überlappschweißung usw. sein. Für diesen Produkttyp ist es besser, die koaxiale Schutzgasmethode wie in Abbildung 2 gezeigt anzuwenden.

Die Wahl des Schutzgases wirkt sich direkt auf die Schweißqualität, Effizienz und Produktionskosten aus. Aufgrund der Vielfalt der Schweißmaterialien ist die Auswahl des Schweißgases im eigentlichen Schweißprozess jedoch komplexer und erfordert eine umfassende Berücksichtigung von Schweißmaterial, Schweißmethode, Schweißposition sowie den Anforderungen an die Schweißwirkung. Durch Schweißtests können Sie das geeignetere Schweißgas auswählen, um bessere Ergebnisse zu erzielen.