لحام بالليزر هو طريقة لحام عالية الكثافة الطاقة تتميز بدخول الحرارة المركزة ، وملامح لحام ضيقة ، وتشوهات منخفضة ، ويتم استخدامها على نطاق واسع في صناعات معالجة المعادن.أثناء اللحام، إذا تعرضت منطقة اللحام للأكسجين أو الغازات المأكسة ، فقد يحدث الأكسدة ، مما يؤدي إلى أسطح لحام سوداء أو صفراء أو زرقاء أو ملونة بالأكسيد ،التي تؤثر سلبا على الأداء الميكانيكي ونوعية المظهرتحلل هذه المقالة الأسباب الرئيسية لأكسدة اللحام من وجهة نظر خصائص المواد والعوامل البيئية ودرع الغاز وبارامترات العملية.
1الآلية الأساسية لأكسدة اللحام
يحدث أكسدة اللحام عندما يتفاعل المعدن في درجة حرارة عالية مع الأكسجين أو الغازات المأكسة. يمكن أن تصل درجة حرارة منطقة لحام الليزر إلى 1000 درجة مئوية ~ 3000 درجة مئوية ،وتبقى الحوض المنصهر والمنطقة المتأثرة بالحرارة في حالة نشاط حراري، مما يزيد من ميل الأكسجين للاختراق وتشكيل طبقات الأكسيد. وتشمل تفاعلات الأكسدة الشائعة:
المعدن + O2 → أكسيد المعدن
الأكسدة المفضلة لعناصر السبائك (مثل Cr، Mn، Ti، Al)
ولذلك، فإن درجة الأكسدة ترتبط ارتباطا وثيقا مع درجة الحرارة، وتكوين المواد، وتركيز الأكسجين.
2الأسباب الرئيسية لأكسدة اللحام
(1) عدم كفاية درع الغاز
هذا هو السبب الأكثر شيوعًا للاكسدة أثناء لحام الليزر ويتضمن عادةً:
تدفق الغاز غير الكافي ، مما يؤدي إلى عزل الأكسجين غير الكامل
زاوية الفوهة غير الصحيحة تسبب تغطية غير كاملة
أنواع الغازات غير المناسبة (على سبيل المثال، النيتروجين أقل خمولا من الأرجون)
عدم كفاءة هيكل موزع الغاز أو هيكل الحماية
الكفاءة العامة لمكافحة الأكسدة للغازات الدرعية هي تقريباً:
الأرغون > الهيليوم > النيتروجين > لا توجد حماية
إذا كان الحماية غير كافية ، فإن البركة المنصهرة تتعرض للهواء أثناء التبريد ، مما يزيد من الأكسدة.
(2) ارتفاع تركيز الأكسجين في بيئة اللحام
إذا كانت بيئة اللحام تحتوي على أكسجين مفرط بسبب سوء التهوية أو نقاء الغاز المنخفض ، فإن فعالية الحماية تنخفض. تشمل الحالات الشائعة:
غاز الحماية ذو النقاء المنخفض مع محتوى الأكسجين المفرط
تدفق الهواء المحيطي الذي يدخل الأكسجين إلى منطقة اللحام
تسرب خط الغاز الذي يدخل الهواء
على سبيل المثال، إذا كانت نقاء الأرجون الصناعي أقل من 99.99٪، يمكن أن يزيد أكسدة اللحام بشكل كبير.
(3) المواد التي لديها ميل كبير إلى الأكسدة
تظهر المواد المختلفة تفاعلية كيميائية مختلفة. المعادن التي تحتوي على العناصر التالية أكثر عرضة للتأكسيد:
Cr, Mn, Si, Al, Ti والعناصر النشطة الأخرى
الفولاذ ذو المانغنيز العالي، الفولاذ المقاوم للصدأ، سبائك التيتانيوم، سبائك المغنيسيوم
أمثلة:
الفولاذ المقاوم للصدأ يحتوي على الكروم، الذي يشكل أكسيد الكروم فوق 600 درجة مئوية، مما يؤدي إلى تغير اللون.
تتفاعل سبائك التيتانيوم مع الأكسجين فوق 400 درجة مئوية ، مما يسبب تغير لون اللحام وتحلل.
وبالتالي فإن خصائص المواد تلعب دورًا حاسمًا في سلوك الأكسدة.
(4) إدخال حرارة الليزر المفرطة
يحدد الدخول الحراري درجة حرارة السباحة المنصهرة ومدتها. يسبب الدخول الحراري المفرط:
ارتفاع درجات حرارة حمامات الذوبان وتكثيف الأكسدة
أوقات تبريد أطول، زيادة نوافذ التعرض للتأكسد
غالباً ما يتبع تغير لون اللحام الناتج تسلسلًا مثل:
الذهب → الأزرق → الأرجواني → الرمادي/ الأسود
الألوان الداكنة عادة ما تشير إلى مستويات أكسدة أعلى.
(5) سرعة لحام منخفضة
سرعة اللحام متناسبة بالعكس مع وقت التعرض للبركة المنصهرة:
السرعة البطيئة → التعرض لفترة أطول → زيادة الأكسدة
سرعة عالية → تعرض أقصر → انخفاض الأكسدة
تغير لون الأكسدة شائع بشكل خاص في لحام الأوراق الرقيقة في سرعات السفر المنخفضة.
(6) غياب الحماية بعد الصلح
تتطلب بعض المواد حماية ما بعد الصلح أثناء التبريد ؛ خلاف ذلك ، قد يحدث الأكسدة بينما تظل المادة ساخنة. وتشمل الحالات النموذجية:
سبائك التيتانيوم التي تتطلب حماية الغازات اللاحقة
أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ، تتطلب حماية داخلية (تطهير الظهر من الأرجون)
نتيجة عدم كفاية الحماية اللاحقة في تغير اللون الحراري المرئي وطبقات الأكسيد.
3تأثيرات أكسدة اللحام
أكسدة اللحام لا تؤثر فقط على المظهر ولكن يمكن أن تسبب أيضا:
انخفاض مقاومة التآكل (أكسدة الكروم يقلل من تسخير الفولاذ المقاوم للصدأ)
انخفاض الرقابة والصلابة (مثل تحلل التيتانيوم)
زيادة حساسية الشقوق
انخفاض أداء التعب
الزيادة في متطلبات ما بعد المعالجة (الترشيح الحمضي أو الإزالة الميكانيكية)
لذلك، يجب على الصناعات ذات متطلبات عالية لجودة اللحام السيطرة على مستويات الأكسدة.
تسبب أكسدة اللحام أثناء اللحام بالليزر بشكل رئيسي بسبب عدم كفاية الحماية ، وتوجه أكسدة المواد ، ومستويات الأكسجين البيئية العالية ، ودخول الحرارة العالي ، وسرعات اللحام غير المناسبة.لتقليل الأكسدة، يجب تحسين استراتيجيات الحماية من الغازات، ومعلمات العملية، وتصميم المعدات، والظروف البيئية في تركيبة.