Wpływ gazu ochronnego na spawanie laserowe
Ręczna spawarka laserowa
Treść rozdziału:
▶ Co może zapewnić Ci odpowiedni gaz osłonowy?
▶ Różne rodzaje gazów ochronnych
▶ Dwie metody stosowania gazu ochronnego
▶ Jak wybrać odpowiedni gaz ochronny?
Ręczne spawanie laserowe
Pozytywny wpływ prawidłowego gazu osłonowego
Podczas spawania laserowego wybór gazu ochronnego może mieć znaczący wpływ na powstawanie, jakość, głębokość i szerokość szwu spawalniczego. W zdecydowanej większości przypadków wprowadzenie gazu ochronnego ma pozytywny wpływ na spoinę. Może jednak mieć również niekorzystne skutki. Pozytywne skutki stosowania prawidłowego gazu ochronnego są następujące:
1. Skuteczna ochrona jeziorka spawalniczego
Właściwe wprowadzenie gazu ochronnego może skutecznie chronić jeziorko spawalnicze przed utlenianiem lub nawet całkowicie zapobiec utlenianiu.
2. Redukcja rozprysków
Prawidłowe wprowadzenie gazu ochronnego może skutecznie ograniczyć odpryski podczas procesu spawania.
3. Jednolite tworzenie szwu spawalniczego
Właściwe wprowadzenie gazu ochronnego sprzyja równomiernemu rozprzestrzenianiu się jeziorka spawalniczego podczas krzepnięcia, co skutkuje jednolitym i estetycznym spoiną.
4. Zwiększone wykorzystanie lasera
Prawidłowe wprowadzenie gazu ochronnego może skutecznie zmniejszyć efekt ekranowania oparów metali lub chmur plazmy na laserze, zwiększając w ten sposób wydajność lasera.
5. Zmniejszenie porowatości spoin
Prawidłowe wprowadzenie gazu ochronnego może skutecznie zminimalizować powstawanie porów gazowych w spoinie. Wybierając odpowiedni rodzaj gazu, natężenie przepływu i metodę wprowadzania, można osiągnąć idealne wyniki.
Jednakże,
Niewłaściwe użycie gazu ochronnego może mieć szkodliwy wpływ na spawanie. Do działań niepożądanych zalicza się:
1. Zniszczenie szwu spawalniczego
Niewłaściwe wprowadzenie gazu ochronnego może skutkować gorszą jakością spoiny.
2. Pękanie i obniżone właściwości mechaniczne
Wybór niewłaściwego rodzaju gazu może prowadzić do pękania szwów spawalniczych i zmniejszenia wydajności mechanicznej.
3. Zwiększone utlenianie lub zakłócenia
Wybór niewłaściwego natężenia przepływu gazu, zarówno zbyt dużego, jak i zbyt małego, może prowadzić do zwiększonego utleniania spoiny. Może również powodować poważne zaburzenia roztopionego metalu, powodując zapadnięcie się lub nierównomierne utworzenie szwu spawalniczego.
4. Nieodpowiednia ochrona lub negatywny wpływ
Wybór niewłaściwej metody wprowadzania gazu może prowadzić do niedostatecznej ochrony szwu spawalniczego lub nawet mieć negatywny wpływ na powstawanie szwu spawalniczego.
5. Wpływ na głębokość spoiny
Wprowadzenie gazu ochronnego może mieć pewien wpływ na głębokość spoiny, zwłaszcza przy spawaniu cienkich blach, gdzie ma on tendencję do zmniejszania głębokości spoiny.
Ręczne spawanie laserowe
Rodzaje gazów ochronnych
Powszechnie stosowanymi gazami ochronnymi podczas spawania laserowego są azot (N2), argon (Ar) i hel (He). Gazy te mają różne właściwości fizyczne i chemiczne, co skutkuje różnym wpływem na szew spawalniczy.
1. Azot (N2)
N2 ma umiarkowaną energię jonizacji, wyższą niż Ar i niższą niż He. Pod działaniem lasera jonizuje w umiarkowanym stopniu, skutecznie ograniczając powstawanie chmur plazmy i zwiększając wykorzystanie lasera. Jednakże azot może reagować chemicznie ze stopami aluminium i stalą węglową w pewnych temperaturach, tworząc azotki. Może to zwiększyć kruchość i zmniejszyć wytrzymałość spoiny, negatywnie wpływając na jej właściwości mechaniczne. Dlatego nie zaleca się stosowania azotu jako gazu ochronnego do spoin stopów aluminium i stali węglowej. Z drugiej strony azot może reagować ze stalą nierdzewną, tworząc azotki, które zwiększają wytrzymałość złącza spawanego. Dlatego azot można stosować jako gaz ochronny przy spawaniu stali nierdzewnej.
2. Gaz argonowy (Ar)
Argon ma stosunkowo najniższą energię jonizacji, co skutkuje wyższym stopniem jonizacji pod działaniem lasera. Jest to niekorzystne dla kontroli powstawania chmur plazmy i może mieć pewien wpływ na efektywne wykorzystanie laserów. Jednakże argon ma bardzo niską reaktywność i jest mało prawdopodobne, aby ulegał reakcjom chemicznym z metalami powszechnymi. Ponadto argon jest opłacalny. Ponadto, ze względu na dużą gęstość, argon opada nad jeziorko spawalnicze, zapewniając lepszą ochronę jeziorka spawalniczego. Dzięki temu może być stosowany jako konwencjonalny gaz osłonowy.
3. Hel (On)
Hel ma najwyższą energię jonizacji, co prowadzi do bardzo niskiego stopnia jonizacji pod działaniem lasera. Pozwala na lepszą kontrolę powstawania chmur plazmy, a lasery mogą skutecznie oddziaływać z metalami. Ponadto hel ma bardzo niską reaktywność i nie ulega łatwo reakcjom chemicznym z metalami, co czyni go doskonałym gazem do osłony spoin. Jednak koszt helu jest wysoki, dlatego generalnie nie jest on stosowany w masowej produkcji produktów. Jest powszechnie stosowany w badaniach naukowych lub w przypadku produktów o wysokiej wartości dodanej.
Ręczne spawanie laserowe
Metody wprowadzania gazu osłonowego
Obecnie istnieją dwie główne metody wprowadzania gazu osłonowego: boczny wdmuch pozaosiowy i współosiowy gaz osłonowy, jak pokazano odpowiednio na rysunku 1 i rysunku 2.
Rysunek 1: Gaz osłonowy wydmuchujący bok poza osią
Rysunek 2: Współosiowy gaz osłonowy
Wybór pomiędzy dwiema metodami wdmuchiwania zależy od różnych czynników. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku gazu osłonowego zaleca się stosowanie metody wdmuchu bocznego poza osią.
Ręczne spawanie laserowe
Zasady wyboru sposobu wprowadzania gazu osłonowego
Po pierwsze należy wyjaśnić, że termin „utlenianie” spoin jest wyrażeniem potocznym. W teorii odnosi się to do pogorszenia jakości spoiny na skutek reakcji chemicznych pomiędzy metalem spoiny a szkodliwymi składnikami powietrza, takimi jak tlen, azot i wodór.
Zapobieganie utlenianiu spoiny polega na ograniczaniu lub unikaniu kontaktu tych szkodliwych składników z metalem spoiny o wysokiej temperaturze. Ten stan wysokiej temperatury obejmuje nie tylko roztopiony metal jeziorka spawalniczego, ale także cały okres od stopienia metalu spoiny do momentu zestalenia jeziorka i spadku jego temperatury poniżej pewnego progu.
Na przykład podczas spawania stopów tytanu, gdy temperatura przekracza 300°C, następuje szybka absorpcja wodoru; powyżej 450°C następuje szybkie wchłanianie tlenu; i powyżej 600°C następuje szybka absorpcja azotu. Dlatego też wymagana jest skuteczna ochrona spoiny stopu tytanu w fazie krzepnięcia i spadku jej temperatury poniżej 300°C, aby zapobiec utlenianiu. Z powyższego opisu jasno wynika, że wdmuchiwany gaz osłonowy musi w odpowiednim czasie zapewnić ochronę nie tylko jeziorka spawalniczego, ale także dopiero co zestalonego obszaru spoiny. Dlatego też metoda bocznego wdmuchiwania poza osią pokazana na rysunku 1 jest ogólnie preferowana, ponieważ zapewnia szerszy zakres ochrony w porównaniu z metodą ekranowania współosiowego pokazaną na rysunku 2, szczególnie w przypadku dopiero zakrzepłego obszaru spoiny. Jednakże w przypadku niektórych konkretnych produktów wyboru metody należy dokonać w oparciu o strukturę produktu i konfigurację połączeń.
Ręczne spawanie laserowe
Szczegółowy dobór sposobu wprowadzania gazu osłonowego
1. Spoina prosta
Jeżeli kształt spoiny produktu jest prosty, jak pokazano na rysunku 3, a konfiguracja złącza obejmuje złącza doczołowe, złącza zakładkowe, spoiny pachwinowe lub spoiny stosowe, preferowaną metodą dla tego typu produktu jest metoda bocznego wdmuchiwania poza osią pokazana na Rysunek 1.
Rysunek 3: Spoina prosta
2. Spoina planarna o zamkniętej geometrii
Jak pokazano na rysunku 4, spoina w tego typu wyrobach ma zamknięty, płaski kształt, na przykład okrągły, wielokątny lub wielosegmentowy kształt linii. Konfiguracje połączeń mogą obejmować połączenia doczołowe, połączenia zakładkowe lub spoiny stosowe. W przypadku tego typu produktów preferowaną metodą jest zastosowanie współosiowego gazu osłonowego pokazanego na rysunku 2.
Rysunek 4: Spoina o płaskiej zamkniętej geometrii
Wybór gazu osłonowego do spoin o zamkniętej geometrii płaskiej wpływa bezpośrednio na jakość, wydajność i koszt produkcji spoin. Jednak ze względu na różnorodność materiałów spawalniczych, dobór gazu spawalniczego w rzeczywistych procesach spawalniczych jest złożony. Wymaga to wszechstronnego rozważenia materiałów spawalniczych, metod spawania, pozycji spawania i pożądanego wyniku spawania. Wybór najbardziej odpowiedniego gazu spawalniczego można określić na podstawie testów spawania, aby uzyskać optymalne wyniki spawania.
Ręczne spawanie laserowe
Wyświetlanie wideo | Rzut okiem na ręczne spawanie laserowe
Film 1 — Dowiedz się więcej o ręcznej spawarce laserowej
Film 2 — Wszechstronne spawanie laserowe spełniające różnorodne wymagania
Masz pytania dotyczące ręcznego spawania laserowego?
Czas publikacji: 19 maja 2023 r