Das Laserschweißen ist eine Schweißmethode mit hoher Energiedichte, die durch konzentrierte Wärmezufuhr, schmale Schweißnähte und geringe Verformungen gekennzeichnet ist und in der Metallverarbeitungsindustrie weit verbreitet ist.Während des Schweißens, wenn die Schweißfläche Sauerstoff oder oxidierenden Gasen ausgesetzt ist, kann eine Oxidation auftreten, die zu schwarzen, gelben, blauen oder oxidfarbenen Schweißflächen führt,die sich negativ auf die mechanische Leistung und die Erscheinungsqualität auswirkenDieser Artikel analysiert die Hauptursachen der Schweißoxidation aus der Perspektive von Materialmerkmalen, Umweltfaktoren, Gasschirmung und Prozessparametern.
1Grundmechanismus der Schweißoxidation
Die Schweißoxidation tritt auf, wenn ein hochtemperaturiges Metall mit Sauerstoff oder oxidierenden Gasen reagiert.und der geschmolzene Pool und die Hitzezone bleiben in einem thermisch aktivierten ZustandDie häufigsten Oxidationsreaktionen sind:
Metall + O2 → Metalloxid
Vorzugsweise Oxidation von Legierungselementen (z. B. Cr, Mn, Ti, Al)
Daher hängt der Oxidationsgrad eng mit Temperatur, Materialzusammensetzung und Sauerstoffkonzentration zusammen.
2. Hauptursachen der Schweißoxidation
(1) Unzureichende Gasschirmung
Dies ist die häufigste Ursache für Oxidation beim Laserschweißen und beinhaltet typischerweise:
Unzureichender Gasfluss, was zu einer unvollständigen Sauerstoffisolierung führt
Unzulänglicher Düsenwinkel, der zu einer unvollständigen Abdeckung führt
Nicht geeignete Gasarten (z. B. Stickstoff ist weniger inert als Argon)
Unzulänglichkeiten der Gasdiffusor- oder Abschirmungsstruktur
Die allgemeine Antioxidationswirksamkeit von Abschirmgasen beträgt etwa:
Argon > Helium > Stickstoff > Keine Abschirmung
Ist die Abschirmung unzureichend, wird der geschmolzene Becken während der Abkühlung Luft ausgesetzt, wodurch die Oxidation zunimmt.
(2) Hohe Sauerstoffkonzentration im Schweißumfeld
Wenn die Schweißumgebung aufgrund schlechter Belüftung oder geringer Gasreinheit zu viel Sauerstoff enthält, sinkt die Abschirmungswirksamkeit.
Schirmgas mit niedrigem Reinheitsgrad und übermäßigem Sauerstoffgehalt
Umgebungsluftstrom, der Sauerstoff in die Schweißzone bringt
Gasleitungsleckage, bei der Luft eingeführt wird
Wenn beispielsweise die Reinheit des industriellen Argons unter 99,99% liegt, kann sich die Schweißoxidation erheblich erhöhen.
(3) Materialien mit hoher Oxidationsneigung
Metalle, die folgende Elemente enthalten, sind anfälliger für Oxidation:
Cr, Mn, Si, Al, Ti und andere Wirkstoffe
Stahl mit hohem Mangangehalt, rostfreier Stahl, Titallegierungen und Magnesiumlegierungen
Beispiele:
Edelstahl enthält Chrom, das bei 600°C Chromoxid bildet und zu einer Verfärbung führt.
Titanlegierungen reagieren mit Sauerstoff bei über 400°C und verursachen Schweißverfärbungen und Zerbrechlichkeit.
Materialmerkmale spielen daher eine entscheidende Rolle bei der Oxidation.
(4) Übermäßige Laserwärmezufuhr
Die Wärmezufuhr bestimmt die Temperatur und Dauer des geschmolzenen Pools.
Höhere Temperaturen des geschmolzenen Pools und intensivere Oxidation
Längere Abkühlzeiten, erhöhte Expositionsfenster für Oxidation
Die daraus resultierende Schweißverfärbung folgt häufig einer Folge wie:
Gold → Blau → Lila → Grau/Schwarz
Dunklere Farben weisen in der Regel auf einen höheren Oxidationsgrad hin.
(5) Niedrige Schweißgeschwindigkeit
Die Schweißgeschwindigkeit ist umgekehrt proportional zur Zeit der Exposition des geschmolzenen Pools:
Langsame Geschwindigkeit → längere Exposition → erhöhte Oxidation
Schnelle Geschwindigkeit → Kürzere Exposition → Verringerte Oxidation
Bei Dünnblechschweißen mit geringen Geschwindigkeiten tritt eine Oxidationsverfärbung besonders häufig auf.
(6) Mangelnde Schirmung nach dem Schweißen
Einige Materialien erfordern eine Schirmung nach dem Schweißen während der Abkühlung; andernfalls kann eine Oxidation auftreten, während das Material heiß bleibt.
mit einer Breite von mehr als 20 mm, jedoch nicht mehr als 30 mm
Rohre aus rostfreiem Stahl, die eine innere Abschirmung erfordern (Argonrückspülung)
Unzureichende Nachschirmung führt zu sichtbaren thermischen Verfärbungen und Oxidschichten.
3. Wirkungen der Schweißoxidation
Die Schweißoxidation beeinträchtigt nicht nur das Erscheinungsbild, sondern kann auch Folgendes verursachen:
Verringerte Korrosionsbeständigkeit (Chromoxidation verringert die Passivierung von Edelstahl)
Reduzierte Duktilität und Zähigkeit (z. B. Titanbrüchigkeit)
Erhöhte Rissempfindlichkeit
Verringerte Müdigkeit
Erhöhte Anforderungen an die Nachbearbeitung (Säurebeimühlung oder mechanische Entfernung)
Daher müssen Industriezweige mit hohen Anforderungen an die Schweißqualität die Oxidationswerte kontrollieren.
Die Oxidation des Schweißes während des Laserschweißens wird hauptsächlich durch unzureichende Abschirmung, Materialoxidationsneigung, hohe Sauerstoffgehalte in der Umwelt, hohe Wärmezufuhr und unsachgemäße Schweißgeschwindigkeiten verursacht.Zur Verringerung der Oxidation, Gasschutzstrategien, Prozessparameter, Ausrüstungskonstruktion und Umweltbedingungen müssen in Kombination optimiert werden.