Tijekom procesa laserskog zavarivanja, zaštitni plinovi ne samo da izoliraju bazen rastaline od onečišćenja nečistoćama kao što su kisik i dušik u zraku, već također utječu na kvalitetu oblikovanja, brzinu hlađenja i metalurške reakcije zavarenog šava. Zbog razlika u fizičkim i kemijskim svojstvima različitih zaštitnih plinova, oni imaju jedinstvenu ulogu pri zavarivanju različitih materijala. Slijedi analiza uobičajenih zaštitnih plinova koji se koriste u strojevima za lasersko zavarivanje i njihove osnovne funkcije.
1. Argon: stabilna zaštita univerzalnog zaštitnog plina
Karakteristike plina
Argon (Ar) je inertni plin bez boje i mirisa s relativno niskom energijom ionizacije i gustoćom većom od one u zraku. Lako stvara stabilan zaštitni sloj tijekom zavarivanja.
Osnovne funkcije
Izolirajte zrak i spriječite oksidaciju: Argon može učinkovito izolirati rastaljenu lonac od kisika i vodene pare u atmosferi, sprječavajući metale da reagiraju s kisikom na visokim temperaturama u obliku oksida (kao što su aluminijev oksid i bakreni oksid). Posebno je prikladan za zavarivanje aktivnih metala poput aluminija, magnezija i bakra.
Stabilizirajte luk i poboljšajte oblikovanje: Njegova niska energija ionizacije čini argon lakšim za ionizaciju pod djelovanjem lasera, stvarajući stabilan oblak plazme, smanjujući prskanje, pročišćavajući bazen rastaljevine i poboljšavajući glatkoću površine zavarenog šava.
Regulirajte brzinu hlađenja: Argon ima relativno nisku toplinsku vodljivost, što može usporiti brzinu hlađenja bazena taline, pospješiti ravnomjernu kristalizaciju metala zavara i smanjiti rizik od pucanja.
Tipične primjene
Zavarivanje vrata i prozora od aluminijske legure, pakiranje bakrenih elektroničkih komponenti, obrada automobilskih dijelova od legure magnezija itd.
2. Dušik: izbor protiv-oksidacije za zavarivanje nehrđajućeg čelika
Karakteristike plina
Dušik (N2) je najzastupljeniji plin u zraku, s relativno stabilnim kemijskim svojstvima i niskom cijenom. Međutim, može reagirati s nekim metalima na visokim temperaturama.
Osnovne funkcije
Spriječava oksidaciju i pročišćava zrna: U zavarivanju nehrđajućeg čelika, dušik može inhibirati kombinaciju kroma s kisikom kako bi se stvorio Cr2O3, spriječiti stvaranje crnog oksidnog filma na površini zavara i pročistiti zrna kroz jačanje čvrste otopine, poboljšavajući otpornost zavara na koroziju.
Kontrolirajte fluidnost rastaljenog bazena: Gustoća i toplinska vodljivost dušika su između onih argona i helija, koji mogu umjereno regulirati stanje protoka bazena rastaljene mase i spriječiti loše oblikovanje uzrokovano pretjeranim protokom bazena rastaljene mase.
Ekonomska prednost: U usporedbi s argonom i helijem, dušik je jeftiniji, što ga čini pogodnim za scenarije gdje je potrebna visoka kvaliteta površine zavarenog šava, ali nije potrebna ekstremna zaštita (kao što je zavarivanje običnih strukturnih dijelova od nehrđajućeg čelika).
Mjere predostrožnosti
Dušik nije prikladan za metale poput titana i aluminija koji lako tvore tvrde i krte nitride. Inače će se povećati lomljivost zavarenog šava.
Tipične primjene
Zavarivanje inox posuđa, izrada posuda pod pritiskom, spajanje mostova čeličnih konstrukcija i dr.
3. Helij: visoko{1}}energetski pomoćnik za učinkovito zavarivanje
Karakteristike plina
Helij (He) je inertni plin s najnižom gustoćom i najvećom toplinskom vodljivošću. Ima visoku energiju ionizacije i gotovo ne reagira s metalima na visokim temperaturama.
Osnovne funkcije
Učinkovito raspršite plazma oblak: Njegova visoka energija ionizacije čini oblak plazme koji stvara helij pod djelovanjem lasera tanjim, smanjujući prigušenje laserske energije. Prikladan je za zavarivanje dubokim prodiranjem (kao što je zavarivanje debelih ploča) i scenarije zavarivanja velikom-brzinom.
Ubrzajte rasipanje topline i kontrolirajte dubinu prodiranja: Njegova visoka toplinska vodljivost može brzo oduzeti toplinu rastaljenog bazena, izbjeći lokalno pregrijavanje i precizno kontrolirati dubinu prodiranja zavarenog šava, posebno pogodno za zavarivanje materijala s tankim-stjenkama (kao što su folije i precizne elektroničke komponente).
Ultra{0}}čista zaštita i prilagodljivost teškim uvjetima: Helij ima izuzetno jaku kemijsku inertnost, što može osigurati okruženje-bez kontaminacije za zavarivanje visoko aktivnih metala kao što su titan i cirkonij, osiguravajući pouzdanost zavarenog šava u teškim uvjetima kao što su visoka temperatura i visoki tlak.
Nedostaci
Helij je skup i ima malu gustoću. Zahtijeva visoko{1}}pročišćavanje kako bi se stvorio učinkovit zaštitni sloj. Obično se koristi u mješavini s drugim plinovima kako bi se uravnotežila učinkovitost i cijena.
Tipične primjene
Zavarivanje komponenti od legure titana u zrakoplovstvu, pakiranje mikroelektroničkih čipova, zavarivanje cijevi od legure cirkonija u nuklearnoj industriji itd.
4. Plinske smjese: sinergijski učinci prilagođene zaštite
Kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi za zavarivanje, u stvarnoj proizvodnji često se koriste plinske smjese sastavljene od dva ili više plinova. Komplementarnim prednostima postižu najbolji učinak zaštite. Uobičajene plinske smjese i njihove funkcije su sljedeće:
1. Mješavina argona-helija (Ar+He)
Funkcija: Kombinirajući karakteristike stabilnog luka argona s visokom toplinskom vodljivošću helija, ne samo da može smanjiti učinak zaštite od plazme na laser, već također može poboljšati fluidnost rastaljene baze. Prikladan je za zavarivanje debelih ploča metala visoke-refleksije kao što su bakar i aluminij.
Tipične proporcije: 70% Ar + 30% He (uravnoteženje troškova i performansi) ili 50% Ar + 50% He (jačanje kontrole dubine prodiranja).
2. Argon-smjesa dušika (Ar+N2)
Funkcija: Kod zavarivanja nehrđajućeg čelika, mala količina dušika (5%-15%) može spriječiti oksidaciju i povećati tvrdoću zavarenog šava. U isto vrijeme, stabilna zaštita argona može izbjeći problem prskanja uzrokovan čistim dušikom.
Bilješka: Udio dušika potrebno je strogo kontrolirati kako bi se spriječilo prekomjerno stvaranje nitrida.
3. Argon-mješavina ugljičnog dioksida (Ar+CO2)
Funkcija: Dodatak CO2 može povećati unos topline luka, pospješiti prijenos kapljica, poboljšati sposobnost vlaženja rastaljene posude tijekom zavarivanja ugljičnog čelika i smanjiti nedostatak--defekata fuzije. Obično se koristi u laser-MIG hibridnim postupcima zavarivanja.
5. Kako odabrati odgovarajući zaštitni plin?
Karakteristike materijala: Odaberite inertne plinove (argon, helij) ili neutralne plinove (dušik) prema svojstvima osnovnog metala (kao što su aktivnost, talište i toplinska vodljivost) kako biste izbjegli štetne metalurške reakcije (kao što su nitriranje i oksidacija).
Postupak zavarivanja: Za zavarivanje dubokim prodiranjem dajte prednost heliju ili plinskim smjesama s visokim udjelom helija (kako biste smanjili zaštitu od plazme). Za zavarivanje tankih ploča velikom-brzinom mogu se koristiti argon ili mješavine plina s niskim udjelom helija (za kontrolu hlađenja bazena rastaljene tvari).
Troškovna-učinkovitost: Za obično zavarivanje ugljičnog čelika i nehrđajućeg čelika mogu se odabrati dušik ili argon-smjese dušika; za vrhunske-metale kao što su aluminij i titan, poželjne su mješavine čistog argona ili argon-helija.
Prilagodljivost opreme: Razmotrite točnost kontrole protoka plina aparata za zavarivanje i dizajn mlaznice (kao što je potrebno li visoko-protočno pročišćavanje helija) kako biste osigurali da zaštitni plin ravnomjerno pokriva rastaljenu posudu.
Zaključak
Zaštitni plinovi su "nevidljivi čuvari" procesa laserskog zavarivanja. Njihov odabir izravno utječe na kvalitetu zavarenog šava, učinkovitost proizvodnje i troškove. Od iskorištavanja karakteristika pojedinačnih plinova do sinergističkih učinaka mješavina plinova, potrebno je uzeti u obzir sveobuhvatna razmatranja u kombinaciji sa svojstvima materijala, parametrima zavarivanja i stvarnim radnim uvjetima. S razvojem tehnologije laserskog zavarivanja prema visokoj preciznosti i automatizaciji, rafinirana primjena zaštitnih plinova postat će ključni čimbenik u povećanju pouzdanosti zavarivanja.
--Rayther Laser Jack Sun--