Vilka är de viktigaste parametrarna för laserdjup-svetsning (3)

Skyddsgas

I lasersvetsprocessen används ofta inert gas för att skydda den smälta poolen. När vissa material är svetsade kan ytoxidationen kanske inte övervägas, men skyddet kan inte övervägas. För de flesta applikationer används emellertid ofta helium, argon, kväve och andra gaser som skydd för att göra arbetsstycket i Undvik oxidation under svetsning.

Helium är inte lätt att jonisera (högre joniseringsenergi), vilket gör att lasern passerar smidigt och strålenergin når ytan på arbetsstycket utan hinder. Detta är den mest effektiva skyddsgasen som används vid lasersvetsning, men den är dyrare.

Argon är billigare och tätare, så skyddseffekten är bättre. Det är emellertid mottagligt för högtemperaturmetallplasmajonisering, som skyddar en del av strålen från att riktas mot arbetsstycket, minskar den effektiva laserkraften för svetsning och skadar också svetshastigheten och penetrationen. Svetsytan som är skyddad av argon är jämnare än när den skyddas av helium.

Kväve är den billigaste skärmningsgasen, men den är inte lämplig för svetsning av vissa typer av rostfritt stål, främst på grund av metallurgiska problem, som ibland att producera porer i överlappningsområdet.

Den andra funktionen med att använda skyddsgas är att skydda fokuseringslinsen från metallånga-kontaminering och stänk av vätskedroppar. Speciellt vid lasersvetsning med hög effekt, eftersom det matade materialet är mycket kraftfullt, är det mer nödvändigt att skydda linsen just nu.

Den tredje rollen för skyddsgas är att sprida plasmaskärmen som produceras med högeffektiv lasersvetsning. Metallångan absorberar laserstrålens energi och joniseras i ett plasmamoln, och skyddsgasen runt metallångan jonas också genom uppvärmning. Om det finns för mycket plasma förbrukas laserstrålenergin av plasma i viss utsträckning. Plasma existerar på ytan på arbetsstycket som en andra energikälla, vilket gör penetrationsdjupet grunt och ytan på svetsbassängen bredare. Öka elektronrekombinationshastigheten genom att öka trekroppskollisionen mellan elektroner och neutrala atomer för att minska elektrontätheten i plasma. Ju lättare den neutrala atomen är, desto högre är kollisionsfrekvensen och desto högre rekombinationsgraden. Å andra sidan kommer bara den skyddande gasen med hög joniseringsenergi inte att öka elektrontätheten på grund av joniseringen av själva gasen.

Tabell1.Atomisk (molekyl) massa och joniseringsenergi i severalgaser och metaller

Det framgår av tabellen att plasmastorleken är relaterad till den olika skyddsgas som används, helium är den minsta, följt av kväve, och den största när man använder argon. Ju större plasmastorlek, desto kortare penetrationsdjup. Graden av jonisering och gastäthet gör skillnaden i plasmastorlek.

Helium har minst jonisering och densitet. Det kan snabbt driva ut den stigande metallångan som genereras från den smälta metallpoolen. Därför kan användningen av helium som en skyddsgas undertrycka plasman i största utsträckning och därigenom öka penetrationsdjupet och öka svetshastigheten; på grund av sin lätta vikt, kan den fly, och det är inte lätt att orsaka porer. Naturligtvis, från den faktiska svetseffekten, är effekten av argonskydd inte dålig. Inverkan av plasmamoln på penetration är tydligast i zonen med låg svetshastighet. När svetshastigheten ökar kommer dess påverkan att försvagas.

Skyddsgasen matas ut genom munstyckets öppning med ett visst tryck för att nå arbetsstyckets yta. Den hydrodynamiska formen på munstycket och utloppets diameter är mycket viktig. Den måste vara tillräckligt stor för att driva den besprutade skyddsgasen för att täcka svetsytan, men för att effektivt skydda linsen och förhindra metallångaföroreningar eller metallstänkskador på linsen måste storleken på munstycket också begränsas. Flödeshastigheten bör också kontrolleras, annars kommer skyddsgasens laminära flöde att bli turbulent och atmosfären dras in i den smälta poolen och så småningom bilda porer.

För att förbättra skyddseffekten kan ytterligare sidblåsning också användas, det vill säga skyddsgasen injiceras direkt i det djupa penetrationssvetshålet i en viss vinkel genom ett munstycke med mindre diameter. Skärmningsgasen dämpar inte bara plasmamolnet på ytan på arbetsstycket utan utövar också inflytande på bildandet av plasma och små hål i hålet, och penetreringsdjupet ökas ytterligare och en svets med ett idealiskt djup och bredd erhålles. Emellertid kräver denna metod exakt kontroll av luftflödets storlek och riktning, annars är det lätt att skapa turbulens och förstöra den smälta poolen, vilket gör svetsprocessen svår att stabilisera.