Столкнулись ли вы с дефектами сварки, такими как чрезмерное разбрызгивание, неэстетичное формирование шва и многочисленные поры после сварки? Возможно, вы думаете, что это связано с неправильными параметрами процесса лазерной сварки, но знаете ли вы, что правильное использование защитного газа также является важным фактором, влияющим на формирование и качество шва? Выбор оптимального защитного газа — это на самом деле способ улучшить качество и эффективность сварки.

Поскольку защитный газ так важен, какова же его функция? Как правильно выбрать тип защитного газа? Как должен подаваться защитный газ во время сварки?

Роль защитного газа

При лазерной сварке защитный газ влияет на формирование шва, качество шва, глубину проплавления и ширину шва. В большинстве случаев подача защитного газа положительно сказывается на шве, но может иметь и отрицательные эффекты.

Положительные эффекты

1) Правильно подаваемый защитный газ эффективно защищает сварочную ванну, уменьшая или даже предотвращая окисление.

2) Правильно подаваемый защитный газ эффективно снижает разбрызгивание во время сварки.

3) Правильно подаваемый защитный газ способствует равномерному распределению сварочной ванны при затвердевании, обеспечивая равномерный и эстетичный шов.

4) Правильно подаваемый защитный газ эффективно уменьшает экранирующий эффект металлических паровых струй или плазменных облаков на лазер, повышая эффективное использование лазера.

5) Правильно подаваемый защитный газ эффективно снижает пористость шва.

При правильном выборе типа газа, расхода и способа подачи можно достичь идеальных результатов.

Однако неправильное использование защитного газа может негативно повлиять на сварку.

1) Неправильное применение защитного газа может ухудшить шов:

① Выбор неправильного типа газа может вызвать трещины в шве и снизить механические свойства шва;

② Выбор неправильного расхода газа может привести к более сильному окислению шва (как при слишком большом, так и при слишком малом расходе), а также вызвать сильные помехи сварочной ванне, что приведет к провалу шва или неравномерному формированию;

③ Выбор неправильного способа подачи газа может привести к неэффективной или отсутствующей защите, либо негативно повлиять на формирование шва;

2) Применение защитного газа может влиять на глубину проплавления, особенно при сварке тонких листов, снижая глубину проплавления.

Типы защитных газов

Часто используемые защитные газы для лазерной сварки включают N2, Ar и He. Их физико-химические свойства различаются, и поэтому их влияние на шов также отличается.

Азот (N2)

Самый дешевый, но неподходящий для сварки некоторых нержавеющих сталей. Азот (N2) имеет умеренную энергию ионизации, выше, чем у Ar, но ниже, чем у He. Под воздействием лазерного излучения степень его ионизации обычно низкая, что эффективно снижает образование плазменного облака и, таким образом, увеличивает эффективный коэффициент использования лазера. Однако азот может химически реагировать с алюминиевыми сплавами и углеродистой сталью при определенных температурах, образуя нитриды. Это увеличивает хрупкость сварного шва и снижает вязкость, значительно отрицательно влияя на механические свойства сварного соединения. Поэтому азот не рекомендуется для защиты сварных швов из алюминиевых сплавов и углеродистой стали.

С другой стороны, нитриды, образующиеся в результате химической реакции азота с нержавеющей сталью, могут повысить прочность сварного соединения, улучшая его механические свойства. Поэтому азот можно использовать в качестве защитного газа при сварке нержавеющей стали.

Аргон (Ar)

относительно недорогой, имеет высокую плотность и обеспечивает хорошую защиту. Поверхность сварного шва более гладкая, чем при использовании гелия. Однако он легко ионизируется высокотемпературной металлической плазмой, что может экранировать часть лазерного луча от попадания на заготовку, снижая эффективную мощность сварки и затрудняя скорость и глубину сварки. Ar (аргон) имеет самую низкую энергию ионизации, но степень его ионизации относительно высока под воздействием лазерного излучения, что не способствует контролю формирования плазменных облаков и оказывает определённое влияние на эффективное использование лазера. Тем не менее, Ar обладает очень низкой реакционной способностью и с трудом вступает в химические реакции с обычными металлами. Кроме того, Ar недорогой. Также Ar имеет высокую плотность, что способствует его оседанию над сварочной ванной, обеспечивая лучшую защиту сварочной ванны. Поэтому он может использоваться в качестве обычного защитного газа.

Гелий (He)

Это дороже, но имеет лучший эффект, позволяя лазеру проходить напрямую без препятствий к поверхности заготовки. У него самая высокая энергия ионизации, но степень ионизации при воздействии лазера очень низкая, что эффективно контролирует образование плазменных облаков. Лазер хорошо действует на металлы, а He имеет очень низкую реактивность, практически не вступая в химические реакции с металлами. Это отличный защитный газ для сварных швов. Однако He слишком дорогой, и обычно не используется для массового производства. He обычно применяется для научных исследований или продуктов с высокой добавленной стоимостью.

Методы подачи защитного газа

В настоящее время существует два основных метода подачи защитных газов: один — боковая подача защитного газа вне оси... Параллельная боковая подача защитного газа

Другой тип — коаксиальный защитный газ.

Коаксиальный защитный газ

Выбор между двумя методами подачи зависит от совокупности факторов, но обычно рекомендуется боковая подача защитного газа.

Принципы выбора методов подачи защитного газа

Во-первых, важно уточнить, что термин «окисление шва» является разговорным выражением. Теоретически он означает химическую реакцию между швом и вредными компонентами воздуха, приводящую к ухудшению качества шва. Распространённые примеры включают реакцию металла шва с кислородом, азотом и водородом в воздухе при определённых температурах.

Предотвращение окисления шва связано с уменьшением или исключением контакта этих вредных компонентов с металлом шва при высоких температурах. Эта высокая температура относится не только к металлу расплавленной ванны, но и ко всему периоду от момента плавления металла шва до его затвердевания и снижения температуры ниже определённого уровня.

Например, при сварке титанового сплава водород быстро поглощается выше 300 ° C, кислород — выше 450 ° C, а азот — выше 600 ° C. Поэтому сварные швы из титанового сплава требуют эффективной защиты после затвердевания и в период снижения температуры ниже 300 ° C; в противном случае они будут «окислены».

Как поясняет приведённое выше описание, подаваемый защитный газ должен не только своевременно защищать сварочную ванну, но и недавно затвердевшую область. Поэтому обычно используется метод боковой подачи защитного газа вне оси, показанный на рисунке 1, так как он обеспечивает более широкий диапазон защиты, чем коаксиальный метод защиты, показанный на рисунке 2, особенно обеспечивая лучшую защиту для недавно затвердевшей зоны сварного шва.

Для инженерных применений боковая подача защитного газа вне оси не подходит для всех изделий. Для некоторых конкретных изделий можно использовать только коаксиальный защитный газ. Выбор должен быть адаптирован к структуре изделия и типу соединения.

Выбор конкретного метода подачи защитного газа

1) Прямые сварные швы

Как показано на рисунке 3, форма сварного шва изделия прямая. Тип соединения может быть стыковым, нахлесточным, угловым или наложенным сварным швом. Для такого типа изделий предпочтителен метод боковой подачи защитного газа вне оси, показанный в предпочтителен.

2) Плоские замкнутые сварные швы

Форма сварного шва изделия представляет собой замкнутую форму, такую как плоский круг, плоский многоугольник или плоская многоотрезковая линия. Тип соединения может быть стыковым, нахлесточным или наложенным сварным швом. Для такого типа изделий предпочтителен коаксиальный защитный газ.

Плоский замкнутый сварной шов

Выбор защитного газа напрямую влияет на качество, эффективность и стоимость сварочного производства. Однако из-за разнообразия сварочных материалов выбор сварочного газа в реальной сварке достаточно сложен. Необходимо комплексно учитывать сварочный материал, метод сварки, положение сварки и требуемый сварочный эффект. Только через сварочные испытания можно выбрать более подходящий сварочный газ для достижения лучших результатов сварки.