Koji su glavni parametri laserskog zavarivanja dubokim prodorom (3)

Zaštitni gas

U procesu laserskog zavarivanja često se koristi inertni plin za zaštitu rastaljenog bazena. Kada su neki materijali zavareni, površinska oksidacija možda neće biti uzeta u obzir, ali zaštita se ne može uzeti u obzir. Međutim, za većinu primjena helij, argon, dušik i drugi plinovi često se koriste kao zaštita za izradu obratka u Izbjegavanje oksidacije tijekom zavarivanja.

Helij nije lako jonizovati (veća energija jonizacije), što omogućava laseru da neometano prolazi, a energija zraka sputava neometano na površinu obratka. Ovo je najefikasniji zaštitni plin koji se koristi u laserskom zavarivanju, ali je skuplji.

Argon je jeftiniji i gušći, pa je i efekat zaštite bolji. Međutim, podložna je ionizaciji metala u plazmi visokih temperatura, koja štiti dio snopa od usmjeravanja do obratka, smanjuje efektivnu snagu lasera za zavarivanje, a također oštećuje brzinu i zavarivanje zavarivanja. Površina zavarivanja zaštićenog argonom je glađa nego kada je zaštićena helijem.

Dušik je najjeftiniji zaštitni plin, ali nije pogodan za zavarivanje određenih vrsta nehrđajućeg čelika, uglavnom zbog metalurških problema, poput ponekad stvaranja pora u području preklapanja.

Druga funkcija korištenja zaštitnog plina je zaštita sočiva za fokusiranje od zagađenja metalnom parom i prskanja kapljica tečnosti. Posebno kod laserskog zavarivanja velike snage, jer je izbačeni materijal vrlo moćan, u ovo je vrijeme potrebno zaštititi leću.

Treća uloga zaštitnog plina je raspršavanje zaštite plazme proizvedeno laserskim zavarivanjem velike snage. Metalna para upija energiju laserskog zraka i jonizuje se u oblak plazme, a zaštitni gas oko metalne pare takođe se jonizuje zagrevanjem. Ako ima previše plazme, plazma u određenoj mjeri troši energiju laserskog zraka. Plazma postoji na površini komada kao drugi izvor energije, što dubinu prodora čini plitkom i površinu bazena za zavarivanje širim. Povećajte brzinu rekombinacije elektrona povećanjem sudaranja elektrona u tri tijela s neutralnim atomima da biste smanjili gustoću elektrona u plazmi. Što je neutralni atom lakši, veća je učestalost sudara i veća je stopa rekombinacije. S druge strane, samo zaštitni plin s velikom energijom ionizacije neće povećati gustoću elektrona zbog ionizacije samog plina.

Tabela1.Atomska (molekularna) masa i energija ionizacije većeg broja gasova i metala

Iz tablice se može vidjeti da je veličina plazme povezana s različitim korištenim zaštitnim plinovima, helij je najmanji, slijedi azot, a najveći kada se koristi argon. Što je veća veličina plazme, to je dublja penetracija. Stupanj jonizacije i gustina plina čine razliku u veličini plazme.

Helijum ima najmanje ionizacije i gustoće. Može brzo protjerati rastuću metalnu paru koja se stvara iz bazena istopljenog metala. Stoga upotreba helija kao zaštitnog plina može u najvećoj mjeri suzbiti plazmu i na taj način povećati dubinu prodiranja i povećati brzinu zavarivanja; zbog male težine može pobjeći, a pore nije lako uzrokovati. Naravno, od stvarnog efekta zavarivanja, učinak zaštite od argona nije loš. Utjecaj oblaka plazme na prodor najočitiji je u zoni male brzine zavarivanja. Kada se brzina zavarivanja poveća, njezin će utjecaj oslabiti.

Zaštitni plin izbacuje se kroz otvor mlaznice pod određenim pritiskom da bi dosegao površinu obratka. Hidrodinamički oblik mlaznice i promjer otvora su vrlo važni. Mora biti dovoljno velik da pokreće raspršeni zaštitni plin da prekriva površinu zavarivanja, ali da bi se djelotvorno zaštitila leća i spriječilo onečišćenje metalne pare ili oštećenje metalnih prska na leći, veličina mlaznice također mora biti ograničena. Također treba kontrolirati brzinu protoka, inače će laminarni protok zaštitnog plina postati turbulentan, a atmosfera će se uvući u rastopljeni bazen i na kraju formirati pore.

Da bi se poboljšao zaštitni učinak može se koristiti i dodatno bočno puhanje, odnosno zaštitni se plin izravno ubrizgava u otvor za zavarivanje dubokog prodora pod određenim uglom kroz mlaznicu manjeg promjera. Zaštitni plin ne samo da potiskuje oblak plazme na površini obratka, već također utječe na stvaranje plazme i malih rupa u rupi, a dubina prodiranja se dodatno povećava i zavaru idealne dubine i širine se dobija. Međutim, ova metoda zahtijeva preciznu kontrolu veličine i smjera strujanja zraka, inače je lako proizvesti turbulenciju i uništiti rastopljeni bazen, što otežava stabilizaciju postupka zavarivanja.