Защитный газ при лазерной сварке: Самое полное руководство | MachineMFG

Защитный газ в лазерной сварке: Самое полное руководство

0
(0)

1. Газ для лазерной сварки

Когда лазерная сваркаДля улучшения результатов сварки и предотвращения образования отложений на лазерных инструментах используется защитный газ. Защитный газ можно разделить на три категории: вспомогательный газ (MDE-газ), защитный газ и струйный газ.

Вспомогательный газ, особенно полезный при сварке лазером на иттрий-алюминиевом гранате, помогает уменьшить поглощение лазерного луча в плазме паров металла. Сайт защитный газПри этом воздух из зоны сварки вытесняется, чтобы предотвратить любые реакции с компонентами воздуха.

Струйный газ используется в процессах сварки, при которых образуется чрезмерное количество брызг и пара. Воздушная завеса направляет газ на обрабатывающую головку под углом 90 градусов через сопло, защищая обрабатывающую головку от брызг и тумана во время сварки. Воздушная завеса не оказывает влияния на расплав металла и защитный газ.

2. Какова роль защитного газа?

Лазер производит пучок энергии, который необходим для процесс сварки. Эта энергия направляется в место соединения заготовок с помощью комбинации управляющего зеркала, лазерного оптического кабеля и фокусирующего устройства.

Чтобы обеспечить точное направление сфокусированного лазерного луча, заготовка должна быть правильно расположена и закреплена. Затем фокусирующий оптический элемент перемещается по месту шва, направляя лазерный луч на заготовку.

Высокая плотность мощности лазерного луча в точке фокусировки приводит к расплавлению материала и испарению небольшой его части. Давление вытекающего металлического пара настолько сильно, что образуется небольшое отверстие, известное как "замочная скважина". Это отверстие проникает в материал на глубину нескольких миллиметров.

Когда фокусирующая линза перемещается над заготовкой, ключевое отверстие также перемещается под фокусирующую линзу. Это позволяет расплавленному металлу стекать вместе, в результате чего расплавленный материал застывает в узкий сварной шов.

Однако многие металлы в расплавленном состоянии могут вступать в реакцию с компонентами, находящимися в воздухе, что приводит к снижению качество сварки. Защитный газ вытесняет эти воздушные компоненты, положительно влияя на характеристики сварного шва.

3. Защитный газ

Инертный газ обычно используется в металлических лазерная сварка благодаря своим свойствам не вступать или редко вступать в реакцию с материалом матрицы. Некоторые рекомендуемые защитные газы включают азот (N2), аргон (AR) и гелий (He).

Важно отметить, что промышленные газы часто содержат небольшое количество примесей. Чистота газа обозначается с помощью цифровой системы, где первая цифра представляет собой количество девяток в процентном значении, а вторая - последнюю цифру процентного значения. Например, He 4.6 означает чистоту гелия 99,996% (по объему).

Срок службы газового баллона можно легко рассчитать. Сварочный газ хранится в газовых баллонах, причем типичный баллон содержит 50 литров газа под давлением 200 бар.

баллон для хранения газа
  • T: Срок службы
  • V: объем газового баллона
  • P: давление накачки
  • Q: Расход газа на единицу продукции

Пример:

V = 50л, p = 200бар, Q =40л/ч → T = 50л - 200бар/40л/ч = 250 ч

Азот (N2)

Азот - это бесцветный инертный газ без запаха, который подходит для сварки хромоникелевой стали. Однако его не рекомендуется использовать для сварки циркониевых сплавов и титан материалы, поскольку, несмотря на свою неактивность, он может образовывать соединения с этими материалами.

Важно отметить, что при сварке стали азотом присутствие азота может несколько снизить устойчивость к ржавчине за счет растворения хрома и никеля в стали.

Рекомендация

В следующей таблице приведен обзор рекомендуемых защитных газов.

 ArОнN2Примечание
Алюминий и алюминиевый сплав+Гладкие и блестящие сварные швы можно формировать с помощью водорода или водородной смеси.

 

Использование водорода приводит к образованию пор в материале

Водородсодержащий газ приводит к образованию пор в материале

При сварке в углекислом газе (CO2) или смеси водорода с углекислым газом можно получить очень качественные швы. Однако гладкость и блеск этих швов несколько хуже.

Хромоникелевая сталь++Рекомендуется использовать аргон в устройствах, склонных к переполнению газом, поскольку он тяжелее азота. Если необходимо избежать коррозии, следует использовать аргон, поскольку азот вступает в реакцию с хромом и никелем в материале.
Титан и титановые сплавы++Титан вступает в сильную реакцию с компонентами, содержащимися в воздухе. До тех пор, пока температура сварки после охлаждения до 200 ℃, необходимо полностью закрыть бассейн с раствором аргоном (например, можно использовать перчаточный бокс)
Хромовый сплав+
МедьОбычно нет необходимости использовать защитный газ, если сварка меди.

Предложения по защитному газу сырья: "+" = да, "-" = нет

Примечание: При сварке на узких устройствах происходит самозащита, так как пары металла вытесняют кислород из окружающей среды. В этом случае использование защитного газа не требуется.

4. Вход защитного газа

Способы ввода защитного газа в позицию обработки следующие:

  • Проходные форсунки
  • Зажим устройство через верстак

Следующие параметры должны быть оптимально настроены для использования:

  • Тип газа, чистый газ или смешанный газ
  • Угол падения
  • Диапазон инцидентов
  • поток воздуха
  • Геометрия сопла.

Количество подаваемого защитного газа должно регулироваться в зависимости от тип лазера (непрерывный или импульсный), скорость сварки и сварной шов. Компания TRUMPF предлагает несколько стандартных насадок, которые будут описаны далее.

Линейная подача газа

Линейная насадка - это усовершенствованная версия составной трубы, где каждая труба собирается отдельно.

Линейная насадка имеет следующие преимущества:

  • Лучшее качество сварки.
  • Структура более компактна, что позволяет меньше вмешиваться в контур.
  • Его можно использовать, даже если сопло находится на большом расстоянии от заготовки.

обязательное условие:

  • КВТ-лазер
  • Фокусные расстояния объектива f = 150 мм, f = 200 мм, f = 250 мм и F = 300 мм.
Линейная подача газа

Применение сварки:

Линейная насадка подходит для сварки линейных швов:

Линейная подача газа с боковым соплом MDE

С помощью этого сопла защитный газ можно направлять по прямой линии, а влияние паров металла можно уменьшить за счет использования бокового сопла MDE.

обязательное условие:

  • КВТ-лазер
  • Фокусные расстояния объектива f = 150 мм, f = 200 мм, f = 250 мм и F = 300 мм.
Линейная подача газа с боковым соплом MDE

Применение сварки:

Линейная насадка подходит для сварки линейных швов:

  • Стыковая сварка.
  • Филейный шов.

Подача газа через форсунку

Коническое сопло оснащено лучевым регулятором, который обеспечивает ламинарный поток и равномерное распределение защитного газа.

Насадки с пузырьками можно использовать при соблюдении следующих условий:

  • КВТ-лазер
  • Импульсный лазер.
  • Фокусные расстояния объектива f = 150 мм, f = 200 мм, f = 250 мм и F = 300 мм.
Подача газа через форсунку

Применение сварки:

Сопло с пузырьками может обеспечить ламинарную подачу газа на большую площадь, когда мощность пучка и скорость сварки низкие. С другой стороны, конические сопла обеспечивают равномерное распределение защитного газа, особенно в труднодоступных местах.

Рекомендуется соблюдать расстояние 8 - 12 мм и угол 30° - 50° от заготовки в зависимости от условий применения.

Насадки с пузырьками

Другие методы

В ситуациях, когда необходимо обеспечить полное и равномерное покрытие материала защитным газом, рекомендуется использовать перчаточные боксы. Перчаточный бокс полностью закрывает рабочую зону и предотвращает утечку защитного газа.

Поскольку перчаточный ящик полностью заполнен защитным газом, нет необходимости в отдельном сопле для защитного газа.

5. Расположение сопла защитного газа

Существует два различных процесса сварки для лазерная сварка:

При теплопроводной сварке плавится только поверхность материала, в результате чего получается шов глубиной всего несколько десятых миллиметра. Этот процесс сварки в основном используется с импульсными Nd:YAG-лазерами.

Напротив, сварка с глубоким проплавлением создает глубокие и узкие швы. Этот процесс выполняется с помощью Nd:YAG-лазера в режиме непрерывной волны.

Расположение сопла защитного газа

Импульсный лазер

Для достижения наилучших результатов при сварке импульсным лазером сварочная проволока (если она используется) обычно вводится медленно. Направление подачи защитного газа может быть выбрано произвольно.

Импульсный лазер

КВТ-лазер

Для достижения оптимальных результатов при сварке лазером непрерывной волны необходимо подавать защитный газ вперед и замедлять ввод сварочной проволоки (если она используется).

КВТ-лазер

Сварка на кромках

Сопло для подачи защитного газа должно быть расположено так, чтобы создавать плавный и равномерный поток воздуха. При сварке вдоль кромки может возникнуть вихрь, который будет подавать кислород из окружающей среды в зону сварки.

Если содержание кислорода превышает 0,5%, материал может вступить в реакцию с кислородом. Для предотвращения завихрений воздушного потока вдоль кромок во время сварки можно установить буферные пластины.

Сварка на кромках

6. Учет защитного газа

Точное измерение количества защитного газа имеет решающее значение для достижения оптимальных результатов сварки. В идеале над точкой обработки должен присутствовать плавный и равномерный ламинарный поток воздуха.

Если количество подаваемого защитного газа слишком мало, он может не обеспечить должной защиты, что позволит влаге в газе или воздуху проникнуть в сварной шов. С другой стороны, при использовании слишком большого количества защитного газа могут образовываться вихри, которые заносят воздух в зону сварки.

Учет защитного газа

По цвету сварного шва можно судить о количестве защитного газа, использованного во время сварки. Если сварной шов выглядит серым, это говорит о том, что защитный газ не использовался. Если шов выглядит желтым, необходимо оптимизировать измерение количества защитного газа.

Если измерение параметров защитного газа оптимизировано, будет получен сварной шов с высоким блеском.

измерение защитного газа

Сопло для защитного газа с лучевым регулятором может обеспечить равномерный поток защитного газа. Того же результата можно добиться, используя стальную вату в сопле.

Сопло для защитного газа с лучевым регулятором

Поперечная воздушная завеса:

Ветровые завесы полезны при сварочные работы при которых образуется значительное количество брызг и пара. Воздушная завеса должна быть отрегулирована таким образом, чтобы ее поток не мешал защитному газу.

Предложение:

Простой тест поможет определить, оптимально ли настроен газ в струе. Поместите лист бумаги над заготовкой и отрегулируйте давление воздуха в струе так, чтобы бумага не отжималась и не втягивалась струей.

7. Роль защитного газа

Различные защитные газы могут давать разные результаты, влияя на форму сварного шва и создавая более гладкую и полированную поверхность шва. Выбор защитного газа также может повлиять на образование пор в сварном шве и брызг, а также препятствовать сцеплению лазерного луча.

 ArОнN2Нет защитного газа
Форма сварки

 

b = ширина

T = глубина

Поверхность сварки++++
Брызги++0
Стома++++
Сопряжение лазерного луча+
Стоимость0Меньше

Чтобы оптимизировать действие защитного газа, необходимо кратковременно открывать защитный газ до и после сварки. После открытия защитного газа проходит некоторое время, прежде чем газ достигнет заготовки. Еще не остывший расплав после сварки также требует кратковременного покрытия защитным газом.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх