جوش لیزری یک روش جوش با چگالی انرژی بالا است که با ورودی گرما متمرکز، بخیه های جوش باریک و تغییر شکل کم مشخص می شود و به طور گسترده ای در صنایع پردازش فلز استفاده می شود.در طول جوشاگر ناحیه جوش به اکسیژن یا گاز های اکسید کننده در معرض قرار گیرد، ممکن است اکسیداسیون رخ دهد که منجر به سطوح جوش سیاه، زرد، آبی یا اکسید شود.که تاثیر منفی بر عملکرد مکانیکی و کیفیت ظاهر دارنداین مقاله علل اصلی اکسیداسیون جوش را از دیدگاه ویژگی های مواد، عوامل محیطی، محافظ گاز و پارامترهای فرآیند تجزیه و تحلیل می کند.
1مکانیسم اصلی اکسیداسیون جوش
اکسیداسیون جوش زمانی رخ می دهد که فلز با دمای بالا با اکسیژن یا گاز های اکسید کننده واکنش نشان دهد. دمای منطقه جوش لیزر می تواند به 1000 ° C~3000 ° C برسد.و حوضچه ذوب شده و منطقه تحت تاثیر گرما در حالت فعال شدن حرارتی باقی می مانند.، که تمایل اکسیژن به نفوذ و تشکیل لایه های اکسید را افزایش می دهد. واکنش های اکسیداسیون رایج شامل:
فلز + O2 → اکسید فلز
اکسیداسیون ترجیحی عناصر آلیاژ (به عنوان مثال Cr، Mn، Ti، Al)
بنابراین، درجه اکسیداسیون به شدت با درجه حرارت، ترکیب مواد و غلظت اکسیژن مرتبط است.
2علل اصلی اکسیداسیون جوش
(1) محافظت از گاز ناکافی
این شایع ترین علت اکسیداسیون در طول جوش لیزر است و معمولا شامل:
جریان گاز ناکافی که منجر به جداسازی اکسیژن ناقص می شود
زاویه نادرست نوزل که باعث پوشش ناقص می شود
انواع گازهای نامناسب (به عنوان مثال، نیتروژن کمتر از آرگون بی اثر است)
عدم کفایت ساختار پخش کننده گاز یا محافظ
اثربخشی ضد اکسیداسیون گازهای محافظ تقریباً:
آرگون > هلیوم > نیتروژن > بدون محافظ
اگر محافظ کافی نباشد، حوضچه ذوب شده در طول خنک شدن در معرض هوا قرار می گیرد، که اکسیداسیون را افزایش می دهد.
(2) غلظت اکسیژن بالا در محیط جوش
اگر محیط جوش حاوی اکسیژن بیش از حد به دلیل تهویه ضعیف یا خلوص گاز پایین باشد، اثربخشی محافظ کاهش می یابد. شرایط رایج عبارتند از:
گاز محافظ کم خلوص با محتوای اکسیژن بیش از حد
جریان هوای محیطی که اکسیژن را به منطقه جوش وارد می کند
نشت خط گاز وارد کننده هوا
به عنوان مثال، اگر خلوص آرگون صنعتی کمتر از 99.99٪ باشد، اکسیداسیون جوش می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد.
(3) مواد با تمایل بالا به اکسید
مواد مختلف واکنش های شیمیایی متفاوتی را نشان می دهند. فلزات حاوی عناصر زیر بیشتر مستعد اکسیداسیون هستند:
Cr, Mn, Si, Al, Ti و سایر عناصر فعال
فولاد با مقادیر بالای منگنز، فولاد ضد زنگ، آلیاژ های تیتانیوم و آلیاژ های منیزیم
مثال ها:
فولاد ضد زنگ حاوی کروم است که بیش از 600 درجه سانتیگراد اکسید کروم را تشکیل می دهد و منجر به تغییر رنگ می شود.
آلیاژ های تیتانیوم با اکسیژن بالاتر از 400 درجه سانتیگراد واکنش نشان می دهند و باعث تغییر رنگ و شکنندگی جوش می شوند.
بنابراین ویژگی های مواد نقش مهمی در رفتار اکسیداسیون دارند.
(4) واردات بیش از حد حرارت لیزر
ورودی گرما درجه حرارت و مدت زمان حوضچه ذوب شده را تعیین می کند. ورودی گرما بیش از حد باعث می شود:
دمای بالای حوضچه ذوب شده و اکسیداسیون شدیدتر
زمان خنک شدن طولانی تر، افزایش پنجره های قرار گرفتن در معرض اکسید
تغییر رنگ جوش ناشی از آن اغلب به دنبال دنباله ای مانند:
طلایی → آبی → بنفش → خاکستری/سیاه
رنگ های تیره تر به طور کلی نشان دهنده سطوح اکسیداسیون بالاتر است.
(5) سرعت جوشکاری کم
سرعت جوش معکوس نسبت به زمان قرار گرفتن در معرض حوضچه ذوب شده است:
سرعت آهسته → قرار گرفتن در معرض طولانی تر → اکسیداسیون افزایش یافته
سرعت بالا → قرار گرفتن در معرض کوتاه تر → اکسیداسیون کاهش یافته
تغییر رنگ اکسیداسیون به ویژه در جوش ورق نازک در سرعت های سفر کم رایج است.
(6) عدم پوشش پس از جوش
برخی از مواد نیاز به محافظت پس از جوش در طول خنک شدن دارند؛ در غیر این صورت ممکن است اکسیداسیون در حالی که مواد گرم باقی می مانند رخ دهد. موارد معمول عبارتند از:
آلیاژ های تیتانیوم که نیاز به پوشش گازی دارند
لوله های فولاد ضد زنگ، که نیاز به محافظ داخلی دارند (پاکسازی عقب آرگون)
عدم کفایت پوشش پس از پوشش منجر به تغییر رنگ حرارتی و لایه های اکسید می شود.
3اثرات اکسیداسیون جوش
اکسیداسیون جوش نه تنها بر ظاهر اثر می گذارد بلکه ممکن است منجر به:
مقاومت در برابر خوردگی کاهش یافته (اکسیداسیون کروم باعث کاهش غیرفعال شدن فولاد ضد زنگ می شود)
انعطاف پذیری و سختی کاهش یافته (به عنوان مثال، شکنندگی تیتانیوم)
افزایش حساسیت به ترک
کاهش عملکرد خستگی
افزایش الزامات پس از پردازش (حمل کردن اسید یا حذف مکانیکی)
بنابراین، صنایع با الزامات کیفیت جوش بالا باید سطوح اکسیداسیون را کنترل کنند.
اکسیداسیون جوش در هنگام جوش لیزر عمدتاً به دلیل محافظت ناکافی، گرایش اکسیداسیون مواد، سطوح اکسیژن محیطی بالا، ورودی حرارت بالا و سرعت جوش نادرست ایجاد می شود.برای کاهش اکسیداسیون، استراتژی های محافظت از گاز، پارامترهای فرآیند، طراحی تجهیزات و شرایط محیطی باید در ترکیب بهینه شوند.