در دنیای دقیقجوشکاری لیزر، پرتوهای پر انرژی بدون شک نقش اصلی را دارند. با این حال، بدون هماهنگی دقیق و حفاظت از گاز های مناسب، کیفیت جوش به شدت کاهش می یابد یا حتی شکست می خورد.این گازهای به ظاهر ساده در واقع نقش های حیاتی متعددی دارند:
حفاظت از عایق بندی: در دمای بالا در استخر ذوب شده ، هوا را عایق بندی می کند ، به طور موثر از اکسیداسیون فلز و نیترید شدن جلوگیری می کند و از شکنندگی جوش ، منافذ و گنجینه ها جلوگیری می کند.
سرکوب کننده پلاسما: ابر پلاسما متراکم تولید شده توسط جوش با قدرت بالا انرژی لیزر را منتشر و جذب می کند. گاز های خاص می توانند پلاسما را سرکوب کنند،اطمینان از اینکه انرژی لیزر می تواند به طور موثر به قطعه کار برسد.
محافظ نوری: دود و پاشنه های جوش را از بین می برد، لنزهای گران قیمت را از آلودگی و آسیب محافظت می کند، عمر تجهیزات را افزایش می دهد و کیفیت پرتو را حفظ می کند.
تثبیت کننده استخر ذوب شده: جریان مناسب هوا می تواند جریان استخر ذوب شده را تثبیت کند و تشکیل جوش را بهبود بخشد (مانند کاهش زیرپوش و هپ).
دستیار خنک کننده: (گاز کمکی) منطقه آسیب دیده به گرما را خنک می کند و نگهدارنده لنز را محافظت می کند.
توضیحات دقیق انواع گاز هسته ای
جوش لیزر عمدتاً از دو نوع گاز استفاده می کند و عملکرد و معیارهای انتخاب آنها متفاوت است:
I. گاز محافظ: محافظ مستقیم حوضچه ذوب شده
آرگون (Ar): انرژی یونیزاسیون Ar نسبتاً پایین ترین است. تحت اثر لیزر، درجه یونیزاسیون آن نسبتاً بالا است،که برای کنترل تشکیل ابرهای پلاسما مفید نیست و تاثیر خاصی بر میزان استفاده موثر از لیزر خواهد داشت.با این حال، فعالیت Ar بسیار پایین است و واکنش های شیمیایی با فلزات معمولی دشوار است. علاوه بر این، هزینه Ar بالا نیست. علاوه بر این،تراکم Ar نسبتا بزرگ است، که موجب غرق شدن بالای استخر جوش می شود. می تواند استخر جوش را بهتر محافظت کند و بنابراین می تواند به عنوان یک گاز محافظ معمولی استفاده شود.
نیتروژن (N2): انرژی یونیزاسیون N2 متوسط است، بالاتر از Ar و پایین تر از He است. تحت اثر لیزر، درجه یونیزاسیون آن متوسط است.که می تواند به طور موثر تشکیل ابرهای پلاسما را کاهش دهد و در نتیجه میزان استفاده موثر از لیزر را افزایش دهدنیتروژن می تواند در دمای خاص با آلیاژ های آلومینیوم و فولاد کربن واکنش های شیمیایی را تجربه کند و نایتریدها را تولید کند که شکنندگی بخیه جوش را افزایش می دهد.مقاومتش رو کاهش بدهاز این رو استفاده از نیتروژن برای محافظت از بخیه های جوش آلومینیوم و فولاد کربن توصیه نمی شود..نیترید های تولید شده توسط واکنش شیمیایی بین نیتروژن و فولاد ضد زنگ می توانند قدرت اتصال جوش را افزایش دهند، که باعث بهبود خواص مکانیکی جوش می شود.بنابراین، نیتروژن می تواند به عنوان یک گاز محافظ در هنگام جوش فولاد ضد زنگ استفاده شود.
هلیوم هی: دارای بالاترین انرژی یونیزاسیون و درجه بسیار پایین ایونیزاسیون تحت اثر لیزر است که می تواند به طور موثر تشکیل ابرهای پلاسما را کنترل کند.ليزر مي تونه روي فلزات خوب عمل کنه، و او فعالیت بسیار پایین و اساسا تحت واکنش های شیمیایی با فلزات، آن را به یک گاز محافظ عالی برای بخیه های جوش است. با این حال هزینه او بسیار بالا است،و این گاز به طور کلی در محصولات تولید در مقیاس بزرگ استفاده نمی شودبه طور کلی در تحقیقات علمی یا برای محصولات با ارزش افزوده بسیار بالا استفاده می شود.
گاز کمکی: "حافظ نامرئی" تجهیزات
گاز کمکی از یک نوزل مستقل خارج می شود که عمدتا سیستم نوری را محافظت می کند:
عملکرد
به شدت دود و فلزات تولید شده در هنگام جوش را حذف کنید تا از رسوب و آلودگی لنزهای محافظ جلوگیری شود.
نگهدارنده لنز و اطراف آن را خنک کنید.
گاز های معمولی: هوای فشرده خشک و تمیز اقتصادی ترین و رایج ترین استفاده است. گاز های بی اثر (مانند Ar) نیز می توانند در مواردی که الزامات بسیار بالا هستند یا مواد خاص هستند استفاده شوند.
نکات کلیدی: جهت، سرعت جریان و فشار جریان هوا باید با دقت تنظیم شود.اطمینان از تمیز کردن موثر بدون دخالت در جریان اصلی هوا و ثبات استخر ذوب شده.
چطور مناسب ترین گاز را انتخاب کنیم؟
مواد جوشیده شده
فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، آلومینیوم: گاز آرگون ترجیح داده می شود (ضد اکسیداسیون).
مس و آلیاژ های رسانایی حرارتی بالا: گاز هلیوم یا گاز مخلوط هلیوم بالا اغلب انتخاب می شود.
فولاد کربن: آرگون و مخلوط های هلیوم-آرگون می توانند استفاده شوند، اما از نیتروژن خالص باید اجتناب شود.
فولاد ضد زنگ مخصوص آستنیتیک: می تواند با نیتروژن آزمایش شود.
الزامات جوش
برای نفوذ عمیق و جوش با قدرت بالا، گاز هلیوم یا گاز مخلوط هلیوم بالا انتخاب ترجیحی است.
الزامات کیفیت سطحی بالا: گاز های هلیوم و آرگون معمولاً بهتر کار می کنند.
الزامات ضد اکسیداسیون بسیار بالا: گاز آرگون
توجه به هزینه: هلیوم گران است. در صورت برآورده شدن الزامات فرآیند، آرگون، نیتروژن یا گاز مخلوط (که نسبت هلیوم را کاهش می دهد) می تواند در نظر گرفته شود.
قدرت لیزر و سرعت جوش: جوش با قدرت بالا و سرعت بالا بیشتر به هلیوم برای سرکوب پلاسما بستگی دارد.
شکل مفصل و دسترسی به نوزل: مفاصل پیچیده یا فضاهای محدود ممکن است بر اثر حفاظت از گاز تأثیر بگذارد.
پارامترهای انتقال گاز
سرعت جریان: اگر بیش از حد پایین باشد، حفاظت کافی نخواهد بود؛ اگر بیش از حد بالا باشد، ممکن است حوضچه ذوب شده، گاز فاضلاب و افزایش هزینه ها را مختل کند.
نوع و ارتفاع نوزل: آنها به طور مستقیم بر پوشش گاز و اثر محافظت تاثیر می گذارند.
حالت تزریق هوا: انتخاب تزریق هوا در محور هم محوری/سطحی.
گاز به هیچ وجه نقش حمایتی در جوش لیزری ندارد، بلکه یک عنصر اصلی برای تضمین تولید با کیفیت بالا، کارایی بالا و ثبات بالا است.