Spawanie laserowe ma na celu przede wszystkim poprawę wydajności i jakości spawania materiałów cienkościennych oraz elementów precyzyjnych. Dzisiaj nie będziemy omawiać zalet spawania laserowego, ale skupimy się na prawidłowym stosowaniu gazów osłonowych podczas spawania laserowego.
Dlaczego do spawania laserowego należy stosować gaz osłonowy?
W spawaniu laserowym gaz osłonowy wpływa na kształt, jakość, głębokość i szerokość spoiny. W większości przypadków wdmuchiwanie gazu osłonowego ma pozytywny wpływ na spoinę, ale może również przynieść negatywne skutki.
Prawidłowe dmuchanie gazem osłonowym pomoże Ci:
✦Skutecznie chroni jeziorko spawalnicze, redukując lub wręcz zapobiegając utlenianiu
✦Skutecznie redukuje rozpryski powstające w procesie spawania
✦Skutecznie redukuje pory spawalnicze
✦Pomaga równomiernie rozprowadzić jeziorko spawalnicze podczas utwardzania, tak aby spoina miała czystą i gładką krawędź
✦Efekt ekranowania, jaki wywiera na laser chmura oparów metalu lub chmura plazmy, zostaje skutecznie zmniejszony, a efektywny współczynnik wykorzystania lasera wzrasta.
Tak długo jakwybór rodzaju gazu osłonowego, szybkości przepływu gazu i trybu przedmuchuSą prawidłowe, można uzyskać idealny efekt spawania. Jednak nieprawidłowe użycie gazu osłonowego może również negatywnie wpłynąć na spawanie. Użycie niewłaściwego rodzaju gazu osłonowego może prowadzić do powstawania trzasków w spoinie lub obniżenia jej właściwości mechanicznych. Zbyt wysoki lub zbyt niski przepływ gazu może prowadzić do silniejszego utleniania spoiny i poważnych zewnętrznych zakłóceń materiału metalowego wewnątrz jeziorka spawalniczego, skutkując zapadnięciem się spoiny lub jej nierównomiernym formowaniem.
Rodzaje gazu osłonowego
Najczęściej stosowanymi gazami ochronnymi do spawania laserowego są N₂, Ar i He. Ich właściwości fizyczne i chemiczne są różne, dlatego też ich wpływ na spoiny jest różny.
Azot (N2)
Energia jonizacji N₂ jest umiarkowana, wyższa niż Ar i niższa niż He. Pod wpływem promieniowania laserowego stopień jonizacji N₂ utrzymuje się na stałym poziomie, co pozwala lepiej ograniczyć tworzenie się chmury plazmy i zwiększyć efektywne wykorzystanie lasera. Azot może reagować ze stopem aluminium i stalą węglową w określonej temperaturze, tworząc azotki, które poprawiają kruchość spoiny i zmniejszają jej wytrzymałość, a także mają istotny negatywny wpływ na właściwości mechaniczne spoin. Dlatego nie zaleca się stosowania azotu podczas spawania stopów aluminium i stali węglowej.
Jednakże reakcja chemiczna pomiędzy azotem i stalą nierdzewną, która zachodzi pod wpływem azotu, może poprawić wytrzymałość spoiny, co z kolei przełoży się na poprawę właściwości mechanicznych spoiny, dlatego do spawania stali nierdzewnej można używać azotu jako gazu osłonowego.
Argon (Ar)
Energia jonizacji argonu jest stosunkowo niska, a stopień jonizacji wzrasta pod wpływem lasera. Argon, jako gaz osłonowy, nie jest w stanie skutecznie kontrolować tworzenia się chmur plazmy, co zmniejsza efektywność spawania laserowego. Powstaje pytanie: czy argon jest złym kandydatem do spawania jako gaz osłonowy? Odpowiedź brzmi: nie. Jako gaz obojętny, argon trudno reaguje z większością metali, a Ar jest tani w użyciu. Ponadto, duża gęstość Argonu sprzyja opadaniu na powierzchnię jeziorka spawalniczego i może lepiej chronić jeziorko, dlatego argon może być stosowany jako konwencjonalny gaz ochronny.
Hel (He)
W przeciwieństwie do argonu, hel charakteryzuje się stosunkowo wysoką energią jonizacji, co pozwala na łatwą kontrolę tworzenia się chmur plazmy. Jednocześnie hel nie reaguje z żadnym metalem. To naprawdę dobry wybór do spawania laserowego. Jedynym problemem jest jego stosunkowo wysoka cena. Dla producentów produkujących masowo produkty metalowe, hel będzie stanowił znaczny wzrost kosztów produkcji. Dlatego hel jest powszechnie stosowany w badaniach naukowych lub w produktach o bardzo wysokiej wartości dodanej.
Jak dmuchnąć gazem osłonowym?
Przede wszystkim należy wyjaśnić, że tak zwane „utlenianie” spoiny to tylko potoczna nazwa, która teoretycznie odnosi się do reakcji chemicznej między spoiną a szkodliwymi składnikami powietrza, prowadzącej do pogorszenia jakości spoiny. Zazwyczaj metal spoiny reaguje z tlenem, azotem i wodorem zawartymi w powietrzu w określonej temperaturze.
Aby zapobiec „utlenianiu” spoiny, należy ograniczyć lub całkowicie uniknąć kontaktu szkodliwych składników ze spoiną w wysokiej temperaturze. Nie dotyczy to tylko roztopionego metalu w jeziorku spawalniczym, ale całego okresu od momentu stopienia spoiny do momentu jego zestalenia i spadku temperatury do określonej wartości.
Dwa główne sposoby wdmuchiwania gazu osłonowego
▶Jeden z nich dmucha gazem osłonowym na oś boczną, jak pokazano na rysunku 1.
▶Drugą metodą jest dmuchanie współosiowe, jak pokazano na rysunku 2.
Rysunek 1.
Rysunek 2.
Konkretny wybór dwóch metod nadmuchu wymaga kompleksowego rozważenia wielu aspektów. Generalnie zaleca się zastosowanie bocznego nadmuchu gazu ochronnego.
Kilka przykładów spawania laserowego
1. Spawanie liniowe/ściegowe
Jak pokazano na rysunku 3, kształt spoiny produktu jest liniowy, a spoina może być spoiną czołową, zakładkową, narożną lub spawaną na zakładkę. W przypadku tego typu produktu lepiej jest zastosować boczny nadmuch gazu ochronnego, jak pokazano na rysunku 1.
2. Spawanie z bliska lub z bliska
Jak pokazano na rysunku 4, kształt spoiny produktu to zamknięty wzór, taki jak płaski obwód, płaski kształt wielostronny, płaski kształt liniowy wielosegmentowy itd. Forma połączenia może być spoiną czołową, zakładkową, zakładkową itd. W przypadku tego typu produktu lepiej jest zastosować metodę koncentrycznej osłony gazowej, jak pokazano na rysunku 2.
Wybór gazu ochronnego ma bezpośredni wpływ na jakość, wydajność i koszty spawania. Jednak ze względu na różnorodność materiałów spawalniczych, w rzeczywistym procesie spawania, dobór gazu spawalniczego jest bardziej złożony i wymaga kompleksowego rozważenia materiału spawalniczego, metody spawania, pozycji spawania, a także wymagań dotyczących efektu spawania. Testy spawalnicze pozwalają na wybór bardziej odpowiedniego gazu spawalniczego, co pozwala uzyskać lepsze rezultaty.
Zainteresowany spawaniem laserowym i chętny do nauki doboru gazu osłonowego
Powiązane linki:
Czas publikacji: 10 października 2022 r.