Hvad er de vigtigste parametre for laser dyb-penetrations svejsning (3)

Beskyttelsesgas

I lasersvejseprocessen bruges ofte inert gas til at beskytte den smeltede pool. Når nogle materialer svejses, overvejes oxidationen muligvis ikke, men beskyttelsen overvejes muligvis ikke. Til de fleste anvendelser anvendes helium, argon, nitrogen og andre gasser imidlertid ofte som beskyttelse til at fremstille emnet i Undgå oxidation under svejsning.

Helium er ikke let at ionisere (højere ioniseringsenergi), hvilket gør det muligt for laseren at passere glat, og strålenergien når overfladen på emnet uden hindring. Dette er den mest effektive afskærmningsgas, der bruges til lasersvejsning, men den er dyrere.

Argon er billigere og tættere, så beskyttelseseffekten er bedre. Det er imidlertid modtageligt for metalplasma-ionisering ved høj temperatur, som beskytter en del af strålen mod at blive rettet mod emnet, reducerer den effektive lasereffekt til svejsning og beskadiger også svejsehastigheden og penetrationen. Overfladen på svejsningen beskyttet af argon er glattere end når den er beskyttet af helium.

Kvælstof er den billigste afskærmningsgas, men den er ikke egnet til svejsning af visse typer rustfrit stål, hovedsageligt på grund af metallurgiske problemer, som til tider at producere porer i overlapningsområdet.

Den anden funktion ved at bruge afskærmningsgas er at beskytte fokuseringslinsen mod metaldampforurening og sprøjtning af væskedråber. Især ved lasersvejsning med høj effekt, fordi det udkastede materiale er meget kraftigt, er det mere nødvendigt at beskytte linsen på dette tidspunkt.

Den tredje rolle, som beskyttelsesgas er, er at sprede plasmaskærmen, der produceres ved lasersvejsning med høj effekt. Metaldampen absorberer laserstrålens energi og ioniseres i en plasmasky, og beskyttelsesgassen omkring metaldampen ioniseres også ved opvarmning. Hvis der er for meget plasma, forbruges laserstrålenergien i nogen grad af plasmaet. Plasma findes på overfladen af ​​emnet som en anden energikilde, hvilket gør penetrationsdybden lavvandet og overfladen af ​​svejsepuljen bredere. Forøg elektronrekombinationshastigheden ved at øge tre-legems kollisionen af ​​elektroner med neutrale atomer for at reducere elektrondensiteten i plasmaet. Jo lettere det neutrale atom er, jo højere er kollisionsfrekvensen og desto højere er rekombinationshastigheden. På den anden side vil kun afskærmningsgassen med høj ioniseringsenergi ikke øge elektrondensiteten på grund af ioniseringen af ​​selve gassen.

Tabel 1. Atomisk (molekyle) masse og ioniseringsenergi af forskelligealgaser og metaller

Det fremgår af tabellen, at plasmastørrelsen er relateret til den anvendte forskellige beskyttelsesgas, helium er den mindste efterfulgt af nitrogen og den største, når man bruger argon. Jo større plasmastørrelse er, jo lavere er penetrationsdybden. Graden af ​​ionisering og gastæthed udgør forskellen i plasmastørrelse.

Helium har mindst ionisering og densitet. Det kan hurtigt drive den stigende metaldamp, der genereres fra den smeltede metalpool. Derfor kan brugen af ​​helium som beskyttelsesgas undertrykke plasmaet i størst grad og derved øge indtrængningsdybden og øge svejsehastigheden; på grund af sin lette vægt kan den flygte, og det er ikke let at forårsage porer. Fra den faktiske svejseeffekt er effekten af ​​argonbeskyttelse naturligvis ikke dårlig. Indflydelsen af ​​plasmaskyer på penetration er mest tydelig i zonen med lav svejsehastighed. Når svejsehastigheden øges, vil dens indflydelse blive svækket.

Beskyttelsesgassen skubbes ud gennem dyseåbningen med et vist tryk for at nå overfladen af ​​emnet. Dysens hydrodynamiske form og udløbets diameter er meget vigtige. Den skal være stor nok til at drive den sprøjtede afskærmningsgas til at dække svejseoverfladen, men for effektivt at beskytte linsen og forhindre metaldampforurening eller metalstænkskader på linsen, skal dysens størrelse også begrænses. Strømningshastigheden bør også kontrolleres, ellers bliver den laminære strøm af afskærmningsgassen turbulent, og atmosfæren trækkes ind i den smeltede pool og til sidst danner porer.

For at forbedre beskyttelseseffekten kan yderligere sideblæsning også anvendes, det vil sige, at beskyttelsesgassen injiceres direkte i det dybe penetrationssvejsehul i en bestemt vinkel gennem en dyse med mindre diameter. Afskærmningsgassen undertrykker ikke kun plasmaskyen på overfladen af ​​emnet, men har også en indflydelse på dannelsen af ​​plasma og små huller i hullet, og gennemtrængningsdybden øges yderligere og en svejsning med en ideel dybde og bredde opnås. Denne metode kræver imidlertid nøjagtig kontrol af størrelsen og retningen af ​​luftstrømmen, ellers er det let at producere turbulens og ødelægge det smeltede bassin, hvilket gør svejseprocessen vanskelig at stabilisere.