Лазерне зварювання головним чином спрямоване на підвищення ефективності та якості зварювання тонкостінних матеріалів і прецизійних деталей. Сьогодні ми не будемо говорити про переваги лазерного зварювання, а зосередимося на тому, як правильно використовувати захисні гази для лазерного зварювання.
Чому для лазерного зварювання використовується захисний газ?
Під час лазерного зварювання захисний газ впливає на формування зварного шва, його якість, глибину та ширину. У більшості випадків подача допоміжного газу позитивно впливає на зварний шов, але може мати й негативні наслідки.
Правильна подача захисного газу допоможе вам:
✦Ефективно захищають зварювальну ванну, зменшуючи або навіть запобігаючи окисленню
✦Ефективно зменшують бризки, що утворюються в процесі зварювання
✦Ефективно зменшує пори зварного шва
✦Допомагає зварювальній ванні рівномірно розподілитися під час затвердіння, щоб зварний шов мав чистий і гладкий край
✦Ефект екранування лазера від шлейфу металевої пари або плазмової хмари ефективно зменшується, а ефективний коефіцієнт використання лазера збільшується.
Докивибір типу захисного газу, витрати газу та режиму продуванняправильні, ви можете отримати ідеальний ефект зварювання. Однак неправильне використання захисного газу також може негативно вплинути на зварювання. Використання неправильного типу захисного газу може призвести до скрипу у зварному шві або зниження механічних властивостей зварювання. Занадто висока або занадто низька швидкість потоку газу може призвести до серйознішого окислення зварного шва та серйозного зовнішнього впливу на металевий матеріал усередині зварювальної ванни, що призведе до руйнування зварного шва або нерівномірного формування.
Типи захисного газу
Зазвичай захисними газами для лазерного зварювання є N2, Ar та He. Їхні фізичні та хімічні властивості різні, тому й їхній вплив на зварні шви також різний.
Азот (N2)
Енергія іонізації N2 помірна, вища, ніж у Ar, і нижча, ніж у He. Під впливом лазерного випромінювання ступінь іонізації N2 залишається рівномірним, що може краще зменшити утворення плазмової хмари та збільшити ефективний коефіцієнт використання лазера. Азот може реагувати з алюмінієвим сплавом та вуглецевою сталлю за певної температури, утворюючи нітриди, що покращує крихкість зварного шва та знижує в'язкість, а також має значний негативний вплив на механічні властивості зварних з'єднань. Тому не рекомендується використовувати азот під час зварювання алюмінієвих сплавів та вуглецевої сталі.
Однак хімічна реакція між азотом і нержавіючою сталлю, що утворюється під впливом азоту, може покращити міцність зварного з'єднання, що буде корисним для покращення механічних властивостей шва, тому для зварювання нержавіючої сталі можна використовувати азот як захисний газ.
Аргон (Ar)
Енергія іонізації аргону відносно низька, а ступінь його іонізації під дією лазера зростає. Тоді аргон, як захисний газ, не може ефективно контролювати утворення плазмових хмар, що знижує ефективний коефіцієнт використання лазерного зварювання. Виникає питання: чи є аргон поганим кандидатом для використання як захисний газ під час зварювання? Відповідь – ні. Будучи інертним газом, аргон важко реагує з більшістю металів, а аргон дешевий у використанні. Крім того, велика щільність аргону сприяє осіданню на поверхню розплавленої ванни зварювання та може краще захистити її, тому аргон можна використовувати як звичайний захисний газ.
Гелій (He)
На відміну від аргону, гелій має відносно високу енергію іонізації, що дозволяє легко контролювати утворення плазмових хмар. Водночас гелій не реагує з жодними металами. Це справді хороший вибір для лазерного зварювання. Єдина проблема полягає в тому, що гелій є відносно дорогим. Для виробників, які забезпечують масове виробництво металевих виробів, гелій значно збільшує вартість виробництва. Таким чином, гелій зазвичай використовується в наукових дослідженнях або для виробництва продуктів з дуже високою доданою вартістю.
Як продути захисний газ?
Перш за все, слід чітко розуміти, що так зване «окислення» зварного шва – це лише загальна назва, яка теоретично стосується хімічної реакції між зварним швом та шкідливими компонентами повітря, що призводить до його погіршення. Зазвичай метал зварного шва реагує з киснем, азотом та воднем повітря за певної температури.
Щоб запобігти «окисленню» зварного шва, необхідно зменшити або уникнути контакту між такими шкідливими компонентами та металом шва за високої температури, яка знаходиться не лише в розплавленому металі ванни, але й протягом усього періоду від моменту плавлення металу шва до моменту затвердіння розплавленого металу ванни та зниження його температури до певної температури.
Два основні способи продування захисного газу
▶Один з них продуває захисний газ на бічній осі, як показано на рисунку 1.
▶Інший – це коаксіальний метод обдування, як показано на рисунку 2.
Рисунок 1.
Рисунок 2.
Конкретний вибір двох методів продування є комплексним врахуванням багатьох аспектів. Загалом рекомендується використовувати спосіб бокового продування захисного газу.
Деякі приклади лазерного зварювання
1. Зварювання прямим швом/лініями
Як показано на рисунку 3, форма зварного шва виробу лінійна, а форма з'єднання може бути стиковим, нахлесточним, з'єднанням з негативним кутом або зварним з'єднанням внахлест. Для цього типу виробу краще використовувати подання захисного газу з бічної осі, як показано на рисунку 1.
2. Зварювання фігури або площі
Як показано на рисунку 4, форма зварного шва виробу є замкнутою схемою, такою як плоска окружність, плоска багатостороння форма, плоска багатосегментна лінійна форма тощо. Форма з'єднання може бути стиковим з'єднанням, нахлесточним з'єднанням, зварюванням внахлест тощо. Для цього типу виробу краще використовувати метод коаксіального захисного газу, як показано на рисунку 2.
Вибір захисного газу безпосередньо впливає на якість зварювання, ефективність та вартість виробництва, але через різноманітність зварювальних матеріалів у реальному процесі зварювання вибір зварювального газу є складнішим і потребує всебічного врахування зварювального матеріалу, методу зварювання, положення зварювання, а також вимог до зварювального ефекту. За допомогою зварювальних випробувань можна вибрати найбільш підходящий зварювальний газ для досягнення кращих результатів.
Цікавлюся лазерним зварюванням та бажаю навчитися вибирати захисний газ
Пов’язані посилання:
Час публікації: 10 жовтня 2022 р.