L'influenza del gas protettivo nella saldatura laser
Cosa può fare per te il gas protettivo giusto?
INella saldatura laser, la scelta del gas protettivo può avere un impatto significativo sulla formazione, qualità, profondità e larghezza del cordone di saldatura.
Nella stragrande maggioranza dei casi, l'introduzione di gas protettivo ha un effetto positivo sul cordone di saldatura, mentre un uso improprio del gas protettivo può avere effetti negativi sulla saldatura.
Gli effetti corretti e impropri dell'uso del gas protettivo sono i seguenti:
Uso corretto
Uso improprio
1. Protezione efficace del bagno di saldatura
L'introduzione corretta di gas protettivo può proteggere efficacemente il bagno di saldatura dall'ossidazione o addirittura prevenirla del tutto.
1. Deterioramento del cordone di saldatura
L'introduzione impropria del gas protettivo può causare una scarsa qualità del cordone di saldatura.
2. Riduzione degli schizzi
L'introduzione corretta del gas protettivo può ridurre efficacemente gli schizzi durante il processo di saldatura.
2. Crepe e proprietà meccaniche ridotte
La scelta del tipo di gas sbagliato può causare la rottura delle giunzioni di saldatura e una riduzione delle prestazioni meccaniche.
3. Formazione uniforme del cordone di saldatura
L'introduzione corretta del gas protettivo favorisce la distribuzione uniforme del bagno di saldatura durante la solidificazione, ottenendo così un cordone di saldatura uniforme ed esteticamente gradevole.
3. Aumento dell'ossidazione o dell'interferenza
Una portata di gas errata, troppo alta o troppo bassa, può portare a una maggiore ossidazione del cordone di saldatura. Può anche causare gravi alterazioni del metallo fuso, con conseguente collasso o formazione irregolare del cordone di saldatura.
4. Maggiore utilizzo del laser
L'introduzione corretta di gas protettivo può ridurre efficacemente l'effetto schermante dei pennacchi di vapore metallico o delle nubi di plasma sul laser, aumentandone così l'efficienza.
4. Protezione inadeguata o impatto negativo
La scelta di un metodo di introduzione del gas errato può comportare una protezione insufficiente del cordone di saldatura o addirittura avere un effetto negativo sulla formazione del cordone di saldatura.
5. Riduzione della porosità della saldatura
L'introduzione corretta del gas protettivo può ridurre al minimo la formazione di pori di gas nel cordone di saldatura. Selezionando il tipo di gas, la portata e il metodo di introduzione appropriati, è possibile ottenere risultati ottimali.
5. Influenza sulla profondità della saldatura
L'introduzione di gas protettivo può avere un certo impatto sulla profondità della saldatura, soprattutto nella saldatura di lamiere sottili, dove tende a ridurre la profondità della saldatura.
Vari tipi di gas protettivo
I gas protettivi comunemente utilizzati nella saldatura laser sono azoto (N2), argon (Ar) ed elio (He). Questi gas hanno diverse proprietà fisiche e chimiche, che determinano effetti variabili sul cordone di saldatura.
1. Azoto (N2)
L'N2 ha un'energia di ionizzazione moderata, superiore a quella dell'Ar e inferiore a quella dell'He. Sotto l'azione del laser, si ionizza moderatamente, riducendo efficacemente la formazione di nubi di plasma e aumentando l'utilizzo del laser. Tuttavia, l'azoto può reagire chimicamente con le leghe di alluminio e l'acciaio al carbonio a determinate temperature, formando nitruri. Ciò può aumentare la fragilità e ridurre la tenacità del giunto di saldatura, influenzandone negativamente le proprietà meccaniche. Pertanto, l'uso dell'azoto come gas protettivo per le saldature di leghe di alluminio e acciaio al carbonio non è raccomandato. D'altra parte, l'azoto può reagire con l'acciaio inossidabile, formando nitruri che aumentano la resistenza del giunto di saldatura. Pertanto, l'azoto può essere utilizzato come gas protettivo per la saldatura dell'acciaio inossidabile.
2. Gas Argon (Ar)
Il gas argon ha un'energia di ionizzazione relativamente bassa, con conseguente maggiore grado di ionizzazione sotto l'azione del laser. Questo è sfavorevole per il controllo della formazione di nubi di plasma e può avere un certo impatto sull'utilizzo efficace dei laser. Tuttavia, l'argon ha una reattività molto bassa ed è improbabile che subisca reazioni chimiche con i metalli comuni. Inoltre, l'argon è conveniente. Inoltre, grazie alla sua elevata densità, l'argon si deposita al di sopra del bagno di saldatura, offrendo una migliore protezione per quest'ultimo. Pertanto, può essere utilizzato come gas di protezione convenzionale.
3. Gas elio (He)
L'elio gassoso ha la più alta energia di ionizzazione, il che si traduce in un grado di ionizzazione molto basso sotto l'azione del laser. Permette un migliore controllo della formazione della nube di plasma e i laser possono interagire efficacemente con i metalli. Inoltre, l'elio ha una reattività molto bassa e non subisce facilmente reazioni chimiche con i metalli, il che lo rende un gas eccellente per la schermatura delle saldature. Tuttavia, il costo dell'elio è elevato, quindi generalmente non viene utilizzato nella produzione di massa. È comunemente impiegato nella ricerca scientifica o per prodotti ad alto valore aggiunto.
Due metodi di utilizzo del gas protettivo
Attualmente, esistono due metodi principali per introdurre il gas di protezione: il soffiaggio laterale fuori asse e il gas di protezione coassiale, come mostrato rispettivamente nella Figura 1 e nella Figura 2.
Figura 1: Gas di protezione con soffiaggio laterale fuori asse
Figura 2: Gas di protezione coassiale
La scelta tra i due metodi di soffiaggio dipende da diverse considerazioni.
In generale, si consiglia di utilizzare il metodo di soffiaggio laterale fuori asse per il gas di protezione.
Come scegliere il gas protettivo più adatto?
Innanzitutto, è importante chiarire che il termine "ossidazione" delle saldature è un'espressione colloquiale. In teoria, si riferisce al deterioramento della qualità della saldatura dovuto a reazioni chimiche tra il metallo di saldatura e componenti nocivi presenti nell'aria, come ossigeno, azoto e idrogeno.
Prevenire l'ossidazione della saldatura significa ridurre o evitare il contatto tra questi componenti nocivi e il metallo di saldatura ad alta temperatura. Questo stato di alta temperatura include non solo il metallo fuso del bagno di saldatura, ma anche l'intero periodo che va dalla fusione del metallo di saldatura fino alla solidificazione del bagno e alla sua diminuzione della temperatura al di sotto di una certa soglia.
Processo di saldatura
Ad esempio, nella saldatura delle leghe di titanio, quando la temperatura è superiore a 300 °C, si verifica un rapido assorbimento di idrogeno; sopra i 450 °C, si verifica un rapido assorbimento di ossigeno; e sopra i 600 °C, si verifica un rapido assorbimento di azoto.
Pertanto, è necessaria una protezione efficace per la saldatura in lega di titanio durante la fase di solidificazione e la sua temperatura scende sotto i 300 °C per prevenirne l'ossidazione. Sulla base di quanto descritto sopra, è chiaro che il gas di protezione soffiato deve fornire protezione non solo al bagno di saldatura al momento opportuno, ma anche alla zona appena solidificata della saldatura. Pertanto, il metodo di soffiaggio laterale fuori asse mostrato in Figura 1 è generalmente preferito perché offre un intervallo di protezione più ampio rispetto al metodo di schermatura coassiale mostrato in Figura 2, in particolare per la zona appena solidificata della saldatura.
Tuttavia, per alcuni prodotti specifici, la scelta del metodo deve essere effettuata in base alla struttura del prodotto e alla configurazione del giunto.
Selezione specifica del metodo di introduzione del gas protettivo
1. Saldatura in linea retta
Se la forma della saldatura del prodotto è dritta, come mostrato nella Figura 3, e la configurazione del giunto comprende giunti di testa, giunti a sovrapposizione, saldature d'angolo o saldature a pila, il metodo preferito per questo tipo di prodotto è il metodo di soffiaggio laterale fuori asse mostrato nella Figura 1.
Figura 3: Saldatura in linea retta
2. Saldatura a geometria chiusa planare
Come mostrato in Figura 4, la saldatura in questo tipo di prodotto ha una forma planare chiusa, ad esempio circolare, poligonale o a più segmenti. Le configurazioni dei giunti possono includere giunti di testa, giunti a sovrapposizione o saldature a pacco. Per questo tipo di prodotto, il metodo preferito è l'utilizzo del gas di protezione coassiale mostrato in Figura 2.
Figura 4: Saldatura a geometria chiusa planare
La scelta del gas di protezione per le saldature a geometria planare chiusa influisce direttamente sulla qualità, l'efficienza e i costi di produzione. Tuttavia, a causa della diversità dei materiali di saldatura, la selezione del gas di saldatura risulta complessa nei processi di saldatura reali. Richiede una valutazione approfondita dei materiali di saldatura, dei metodi di saldatura, delle posizioni di saldatura e del risultato di saldatura desiderato. La scelta del gas di saldatura più adatto può essere determinata attraverso prove di saldatura per ottenere risultati di saldatura ottimali.
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Domande frequenti
- Nella saldatura laser, il gas di protezione è un componente fondamentale per proteggere l'area di saldatura dalla contaminazione atmosferica. Il raggio laser ad alta intensità utilizzato in questo tipo di saldatura genera una notevole quantità di calore, creando un bagno di metallo fuso.
Il gas inerte viene spesso utilizzato per proteggere il bagno di fusione durante il processo di saldatura delle saldatrici laser. Quando si saldano alcuni materiali, l'ossidazione superficiale potrebbe non essere considerata. Tuttavia, per la maggior parte delle applicazioni, elio, argon, azoto e altri gas vengono spesso utilizzati come protezione. Di seguito, vediamo perché le saldatrici laser necessitano di gas di protezione durante la saldatura.
Nella saldatura laser, il gas di protezione influisce sulla forma, sulla qualità, sulla penetrazione e sulla larghezza della saldatura. Nella maggior parte dei casi, l'immissione del gas di protezione avrà un impatto positivo sulla saldatura.
- Miscele di argon-elioMiscele di argon ed elio: generalmente consigliate per la maggior parte delle applicazioni di saldatura laser dell'alluminio, a seconda del livello di potenza del laser. Miscele di argon e ossigeno: possono garantire un'elevata efficienza e una qualità di saldatura accettabile.
- I gas utilizzati nella progettazione e nell'applicazione dei laser a gas sono i seguenti: anidride carbonica (CO2), elio-neon (H e Ne) e azoto (N).
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Data di pubblicazione: 19-05-2023