Каковы основные параметры лазерной сварки глубоким проплавлением (3)

Защитный газ

В процессе лазерной сварки для защиты ванны расплава часто используется инертный газ. При сварке некоторых материалов можно не учитывать окисление поверхности, но можно не учитывать защиту. Однако для большинства применений гелий, аргон, азот и другие газы часто используются в качестве защиты, чтобы избежать окисления во время сварки.

Гелий нелегко ионизировать (более высокая энергия ионизации), что позволяет лазеру плавно проходить, а энергия луча беспрепятственно достигает поверхности детали. Это наиболее эффективный защитный газ, используемый при лазерной сварке, но он более дорогой.

Аргон дешевле и плотнее, поэтому защитный эффект лучше. Однако он подвержен ионизации высокотемпературной плазмой металла, которая защищает часть луча от направления на заготовку, снижает эффективную мощность лазера для сварки, а также снижает скорость сварки и проплавление. Поверхность сварного изделия, защищенная аргоном, более гладкая, чем при защите гелием.

Азот - самый дешевый защитный газ, но он не подходит для сварки некоторых типов нержавеющей стали, в основном из-за металлургических проблем, таких как иногда образование пор в области перекрытия.

Вторая функция использования защитного газа - защита фокусирующей линзы от загрязнения парами металла и разбрызгивания капель жидкости. Особенно при высокомощной лазерной сварке, поскольку выбрасываемый материал очень мощный, в это время более необходимо защитить линзу.

Третья роль защитного газа - рассеивание плазменной защиты, создаваемой мощной лазерной сваркой. Металлический пар поглощает энергию лазерного луча и ионизируется в плазменное облако, а защитный газ вокруг металлического пара также ионизируется при нагревании. Если плазмы слишком много, энергия лазерного луча в некоторой степени потребляется плазмой. Плазма существует на поверхности заготовки в качестве второго источника энергии, что делает глубину проплавления небольшой, а поверхность сварочной ванны шире. Увеличьте скорость рекомбинации электронов за счет увеличения трехчастичного столкновения электронов с нейтральными атомами, чтобы уменьшить электронную плотность в плазме. Чем легче нейтральный атом, тем выше частота столкновений и скорость рекомбинации. С другой стороны, только защитный газ с высокой энергией ионизации не будет увеличивать электронную плотность из-за ионизации самого газа.

Таблица 1 Атомная (молекулярная) масса и энергия ионизации нескольких углеводородов и металлов

Из таблицы видно, что размер плазмы зависит от используемого защитного газа, гелий является самым маленьким, за ним идет азот, и самым большим при использовании аргона. Чем больше размер плазмы, тем меньше глубина проникновения. Степень ионизации и плотность газа определяют размер плазмы.

Гелий имеет наименьшую ионизацию и плотность. Он может быстро вытеснить поднимающийся металлический пар, образующийся из ванны расплавленного металла. Следовательно, использование гелия в качестве защитного газа может в наибольшей степени подавить плазму, тем самым увеличивая глубину проплавления и увеличивая скорость сварки; из-за своего легкого веса он может вырваться наружу, и поры непросто образовать. Конечно, от фактического сварочного эффекта эффект защиты аргоном неплох. Влияние облака плазмы на проплавление наиболее очевидно в зоне низких скоростей сварки. При увеличении скорости сварки ее влияние будет ослабевать.

Защитный газ выбрасывается через отверстие сопла с определенным давлением, чтобы достичь поверхности заготовки. Очень важны гидродинамическая форма сопла и диаметр выпускного отверстия. Он должен быть достаточно большим, чтобы распыляемый защитный газ мог покрывать сварочную поверхность, но для эффективной защиты линзы и предотвращения загрязнения парами металла или повреждения линзы брызгами металла размер сопла также должен быть ограничен. Скорость потока также следует контролировать, в противном случае ламинарный поток защитного газа станет турбулентным, и атмосфера будет втягиваться в ванну расплава и, в конечном итоге, образовывать поры.

Чтобы улучшить защитный эффект, можно также использовать дополнительный боковой обдув, то есть защитный газ впрыскивается непосредственно в отверстие для сварки с глубоким проплавлением под определенным углом через сопло меньшего диаметра. Защитный газ не только подавляет плазменное облако на поверхности заготовки, но также оказывает влияние на образование плазмы и небольших отверстий в отверстии, а глубина проплавления дополнительно увеличивается, а сварной шов получается идеальная глубина и ширина. получается. Однако этот метод требует точного контроля размера и направления воздушного потока, в противном случае легко создать турбулентность и разрушить ванну расплава, что затрудняет стабилизацию процесса сварки.