تأثیر گاز محافظ در جوشکاری لیزری
چه گاز محافظی می‌تواند برای شما مناسب باشد؟
Iدر جوشکاری لیزری، انتخاب گاز محافظ می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر شکل‌گیری، کیفیت، عمق و عرض درز جوش داشته باشد.
در اکثر موارد، استفاده از گاز محافظ تأثیر مثبتی بر درز جوش دارد در حالی که استفاده نادرست از گاز محافظ می‌تواند اثرات مضری بر جوشکاری داشته باشد.
اثرات مناسب و نامناسب استفاده از گاز محافظ به شرح زیر است:
استفاده صحیح
استفاده نادرست
۱. محافظت مؤثر از حوضچه جوش
استفاده صحیح از گاز محافظ می‌تواند به طور موثری از اکسیداسیون حوضچه جوش جلوگیری کند یا حتی به طور کلی از اکسیداسیون جلوگیری کند.
۱. تخریب درز جوش
استفاده نادرست از گاز محافظ ممکن است منجر به کیفیت پایین درز جوش شود.
۲. کاهش پاشش
استفاده صحیح از گاز محافظ می‌تواند به طور موثری پاشش را در طول فرآیند جوشکاری کاهش دهد.
۲. ترک خوردگی و کاهش خواص مکانیکی
انتخاب نوع گاز نامناسب می‌تواند منجر به ترک خوردگی درز جوش و کاهش عملکرد مکانیکی شود.
۳. تشکیل یکنواخت درز جوش
تزریق مناسب گاز محافظ، پخش شدن یکنواخت حوضچه جوش را در حین انجماد افزایش می‌دهد و در نتیجه، درز جوش یکنواخت و از نظر زیبایی‌شناسی مطلوبی ایجاد می‌کند.
۳. افزایش اکسیداسیون یا تداخل
انتخاب نادرست نرخ جریان گاز، چه خیلی زیاد و چه خیلی کم، می‌تواند منجر به افزایش اکسیداسیون درز جوش شود. همچنین می‌تواند باعث اختلالات شدید در فلز مذاب شود که در نتیجه باعث فروپاشی یا تشکیل ناهموار درز جوش می‌شود.
۴. افزایش استفاده از لیزر
تزریق صحیح گاز محافظ می‌تواند به طور موثری اثر حفاظتی توده‌های بخار فلزی یا ابرهای پلاسما را بر روی لیزر کاهش دهد و در نتیجه راندمان لیزر را افزایش دهد.
۴. حفاظت ناکافی یا تأثیر منفی
انتخاب روش نادرست ورود گاز می‌تواند منجر به محافظت ناکافی از درز جوش شود یا حتی تأثیر منفی بر تشکیل درز جوش داشته باشد.
۵. کاهش تخلخل جوش
تزریق صحیح گاز محافظ می‌تواند به طور موثری تشکیل منافذ گاز در درز جوش را به حداقل برساند. با انتخاب نوع گاز، سرعت جریان و روش تزریق مناسب، می‌توان به نتایج ایده‌آل دست یافت.
۵. تأثیر بر عمق جوش
ورود گاز محافظ می‌تواند تأثیر خاصی بر عمق جوش داشته باشد، به خصوص در جوشکاری صفحات نازک، که در آن تمایل به کاهش عمق جوش وجود دارد.
انواع مختلف گاز محافظ
گازهای محافظ رایج در جوشکاری لیزری نیتروژن (N2)، آرگون (Ar) و هلیوم (He) هستند. این گازها خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی دارند که منجر به اثرات متفاوتی بر روی درز جوش می‌شود.
۱. نیتروژن (N2)
انرژی یونیزاسیون N2 متوسط است، بالاتر از Ar و پایین‌تر از He. تحت تأثیر لیزر، تا حد متوسطی یونیزه می‌شود و به طور مؤثر تشکیل ابرهای پلاسما را کاهش داده و استفاده از لیزر را افزایش می‌دهد. با این حال، نیتروژن می‌تواند در دماهای خاص با آلیاژهای آلومینیوم و فولاد کربنی واکنش شیمیایی نشان دهد و نیترید تشکیل دهد. این امر می‌تواند شکنندگی را افزایش داده و چقرمگی درز جوش را کاهش دهد و بر خواص مکانیکی آن تأثیر منفی بگذارد. بنابراین، استفاده از نیتروژن به عنوان گاز محافظ برای جوش‌های آلیاژهای آلومینیوم و فولاد کربنی توصیه نمی‌شود. از سوی دیگر، نیتروژن می‌تواند با فولاد ضد زنگ واکنش داده و نیتریدهایی تشکیل دهد که استحکام اتصال جوش را افزایش می‌دهند. بنابراین، نیتروژن می‌تواند به عنوان گاز محافظ برای جوشکاری فولاد ضد زنگ استفاده شود.
۲. گاز آرگون (Ar)
گاز آرگون کمترین انرژی یونیزاسیون را دارد و در نتیجه تحت عمل لیزر، درجه یونیزاسیون بالاتری دارد. این امر برای کنترل تشکیل ابرهای پلاسما نامطلوب است و می‌تواند تأثیر خاصی بر استفاده مؤثر از لیزرها داشته باشد. با این حال، آرگون واکنش‌پذیری بسیار کمی دارد و بعید است که با فلزات رایج واکنش شیمیایی انجام دهد. علاوه بر این، آرگون مقرون به صرفه است. علاوه بر این، به دلیل چگالی بالا، آرگون در بالای حوضچه جوش قرار می‌گیرد و محافظت بهتری برای حوضچه جوش فراهم می‌کند. بنابراین، می‌توان از آن به عنوان یک گاز محافظ معمولی استفاده کرد.
۳. گاز هلیوم (He)
گاز هلیوم بالاترین انرژی یونیزاسیون را دارد که منجر به درجه یونیزاسیون بسیار پایینی تحت عمل لیزر می‌شود. این امر امکان کنترل بهتر تشکیل ابر پلاسما را فراهم می‌کند و لیزرها می‌توانند به طور مؤثر با فلزات تعامل داشته باشند. علاوه بر این، هلیوم واکنش‌پذیری بسیار کمی دارد و به راحتی با فلزات واکنش شیمیایی انجام نمی‌دهد و آن را به گازی عالی برای محافظت از جوش تبدیل می‌کند. با این حال، هزینه هلیوم بالا است، بنابراین معمولاً در تولید انبوه محصولات استفاده نمی‌شود. معمولاً در تحقیقات علمی یا برای محصولات با ارزش افزوده بالا به کار می‌رود.
دو روش استفاده از گاز محافظ
در حال حاضر، دو روش اصلی برای وارد کردن گاز محافظ وجود دارد: دمش جانبی خارج از محور و گاز محافظ هم محور، همانطور که به ترتیب در شکل 1 و شکل 2 نشان داده شده است.
شکل ۱: گاز محافظ دمش جانبی خارج از محور
شکل 2: گاز محافظ کواکسیال
انتخاب بین دو روش دمیدن به ملاحظات مختلفی بستگی دارد.
به طور کلی، توصیه می‌شود از روش دمش جانبی خارج از محور برای گاز محافظ استفاده شود.
چگونه گاز محافظ مناسب را انتخاب کنیم؟
اول از همه، لازم است روشن شود که اصطلاح "اکسیداسیون" جوش‌ها یک اصطلاح عامیانه است. در تئوری، به کاهش کیفیت جوش به دلیل واکنش‌های شیمیایی بین فلز جوش و اجزای مضر موجود در هوا، مانند اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن، اشاره دارد.
جلوگیری از اکسیداسیون جوش شامل کاهش یا اجتناب از تماس بین این اجزای مضر و فلز جوش با دمای بالا است. این حالت دمای بالا نه تنها شامل فلز مذاب حوضچه جوش، بلکه شامل کل دوره از ذوب شدن فلز جوش تا جامد شدن حوضچه و کاهش دمای آن به زیر یک آستانه مشخص می‌شود.
فرآیند جوشکاری
برای مثال، در جوشکاری آلیاژهای تیتانیوم، وقتی دما بالای ۳۰۰ درجه سانتیگراد باشد، جذب سریع هیدروژن؛ بالای ۴۵۰ درجه سانتیگراد، جذب سریع اکسیژن؛ و بالای ۶۰۰ درجه سانتیگراد، جذب سریع نیتروژن رخ می‌دهد.
بنابراین، محافظت مؤثر برای جوش آلیاژ تیتانیوم در طول فازی که در حال انجماد است و دمای آن به زیر 300 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد تا از اکسیداسیون جلوگیری شود، مورد نیاز است. بر اساس توضیحات بالا، واضح است که گاز محافظ دمیده شده باید نه تنها از حوضچه جوش در زمان مناسب محافظت کند، بلکه از ناحیه تازه منجمد شده جوش نیز محافظت کند. از این رو، روش دمیدن خارج از محور نشان داده شده در شکل 1 عموماً ترجیح داده می‌شود زیرا در مقایسه با روش محافظ هم محور نشان داده شده در شکل 2، به ویژه برای ناحیه تازه منجمد شده جوش، طیف وسیع‌تری از محافظت را ارائه می‌دهد.
با این حال، برای برخی از محصولات خاص، انتخاب روش باید بر اساس ساختار محصول و پیکربندی اتصال انجام شود.
انتخاب خاص روش تزریق گاز محافظ
۱. جوش مستقیم
اگر شکل جوش محصول، همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است، مستقیم باشد و پیکربندی اتصال شامل اتصالات لب به لب، اتصالات روی هم، جوش‌های گوشه‌ای یا جوش‌های پشته‌ای باشد، روش ترجیحی برای این نوع محصول، روش دمش جانبی خارج از محور است که در شکل ۱ نشان داده شده است.
شکل ۳: جوش مستقیم
۲. جوش هندسه محصور مسطح
همانطور که در شکل ۴ نشان داده شده است، جوش در این نوع محصول دارای شکل مسطح بسته مانند شکل دایره‌ای، چندضلعی یا خطی چند قسمتی است. پیکربندی‌های اتصال می‌تواند شامل اتصالات لب به لب، اتصالات روی هم یا جوش‌های پشته‌ای باشد. برای این نوع محصول، روش ترجیحی استفاده از گاز محافظ هم محور نشان داده شده در شکل ۲ است.
شکل ۴: جوش با هندسه محصور مسطح
انتخاب گاز محافظ برای جوش‌های با هندسه مسطح و محصور، مستقیماً بر کیفیت، کارایی و هزینه تولید جوشکاری تأثیر می‌گذارد. با این حال، به دلیل تنوع مواد جوشکاری، انتخاب گاز جوشکاری در فرآیندهای جوشکاری واقعی پیچیده است. این امر مستلزم بررسی جامع مواد جوشکاری، روش‌های جوشکاری، موقعیت‌های جوشکاری و نتیجه جوشکاری مطلوب است. انتخاب مناسب‌ترین گاز جوشکاری را می‌توان از طریق آزمایش‌های جوشکاری برای دستیابی به نتایج جوشکاری بهینه تعیین کرد.
نمایشگر ویدیویی | نگاهی اجمالی برای جوشکاری لیزری دستی
درباره دستگاه جوش لیزری دستی بیشتر بدانید
این ویدیو توضیح می‌دهد که دستگاه جوش لیزری چیست و ...دستورالعمل‌ها و ساختارهایی که باید بدانید.
این همچنین راهنمای نهایی شما قبل از خرید دستگاه جوش لیزری دستی است.
ترکیبات اساسی یک دستگاه جوش لیزری ۱۰۰۰ وات، ۱۵۰۰ وات و ۲۰۰۰ وات وجود دارد.
جوشکاری لیزری چند منظوره برای نیازهای متنوع
در این ویدیو، چندین روش جوشکاری را که می‌توانید با یک دستگاه جوش لیزری دستی به دست آورید، نشان می‌دهیم. یک دستگاه جوش لیزری دستی می‌تواند زمین بازی بین یک تازه‌کار جوشکاری و یک اپراتور دستگاه جوشکاری باتجربه را هموار کند.
ما گزینه‌هایی از ۵۰۰ وات تا ۳۰۰۰ وات ارائه می‌دهیم.
سوالات متداول
- در جوشکاری لیزری، گاز محافظ یک جزء حیاتی است که برای محافظت از ناحیه جوش در برابر آلودگی جوی استفاده می‌شود. پرتو لیزر با شدت بالا که در این نوع جوشکاری استفاده می‌شود، مقدار قابل توجهی گرما تولید می‌کند و یک حوضچه مذاب از فلز ایجاد می‌کند.
گاز بی‌اثر اغلب برای محافظت از حوضچه مذاب در طول فرآیند جوشکاری دستگاه‌های جوش لیزری استفاده می‌شود. هنگام جوشکاری برخی از مواد، ممکن است اکسیداسیون سطح در نظر گرفته نشود. با این حال، برای اکثر کاربردها، هلیوم، آرگون، نیتروژن و سایر گازها اغلب به عنوان محافظ استفاده می‌شوند. در ادامه نگاهی خواهیم داشت به اینکه چرا دستگاه‌های جوش لیزری هنگام جوشکاری به گاز محافظ نیاز دارند.
در جوشکاری لیزری، گاز محافظ بر شکل جوش، کیفیت جوش، نفوذ جوش و پهنای همجوشی تأثیر می‌گذارد. در بیشتر موارد، دمیدن گاز محافظ تأثیر مثبتی بر جوش خواهد داشت.
- مخلوط‌های آرگون-هلیوممخلوطهای آرگون-هلیوم: بسته به سطح توان لیزر، معمولاً برای اکثر کاربردهای جوشکاری لیزر آلومینیوم توصیه می‌شوند. مخلوط‌های آرگون-اکسیژن: می‌توانند راندمان بالا و کیفیت جوشکاری قابل قبولی را ارائه دهند.
- گازهایی که در طراحی و کاربرد لیزرهای گازی مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: دی اکسید کربن (CO2)، هلیوم-نئون (H و Ne) و نیتروژن (N2).
سوالی در مورد جوشکاری لیزری دستی دارید؟
زمان ارسال: ۱۹ مه ۲۰۲۳