No mundo preciso dasoldagem a laser, feixes de alta energia são, sem dúvida, o papel principal. No entanto, sem a coordenação precisa e a proteção de gases adequados, a qualidade da soldagem será muito reduzida ou até falhará. Esses gases aparentemente simples desempenham, na verdade, múltiplos papéis cruciais:
Proteção de isolamento: Em altas temperaturas na poça de fusão, isola o ar, prevenindo efetivamente a oxidação e nitretação do metal, evitando fragilização da solda, porosidade e inclusões.
Supressor de plasma: A densa nuvem de plasma gerada pela soldagem de alta potência irá dispersar e absorver a energia do laser. Gases específicos podem suprimir o plasma, garantindo que a energia do laser atinja a peça de trabalho de forma eficiente.
Escudo de proteção óptica: Sopra fumaça e respingos de soldagem, protege lentes de foco caras contra contaminação e danos, prolonga a vida útil do equipamento e mantém a qualidade do feixe.
Estabilizador da poça de fusão: O fluxo de ar apropriado pode estabilizar o fluxo da poça de fusão e melhorar a formação da solda (como reduzir o corte e a elevação).
Assistente de resfriamento: (Gás auxiliar) resfria a zona afetada pelo calor e protege o suporte da lente.
Explicação detalhada dos tipos de gases principais
A soldagem a laser usa principalmente dois tipos de gases, e suas funções e critérios de seleção são diferentes:
I. Gás de proteção: O "escudo" direto da poça de fusão
Argônio (Ar): A energia de ionização do Ar é relativamente a mais baixa. Sob a ação do laser, seu grau de ionização é relativamente alto, o que não é propício para controlar a formação da nuvem de plasma e terá um certo impacto na taxa de utilização efetiva do laser. No entanto, a atividade do Ar é muito baixa e é difícil sofrer reações químicas com metais comuns. Além disso, o custo do Ar não é alto. Além disso, a densidade do Ar é relativamente grande, o que é propício para afundar acima da poça de solda. Ele pode proteger melhor a poça de solda e, portanto, pode ser usado como um gás de proteção regular.
Nitrogênio (N₂): A energia de ionização do N2 é moderada, maior que a do Ar e menor que a do He. Sob a ação do laser, seu grau de ionização é médio, o que pode reduzir efetivamente a formação de nuvens de plasma e, assim, aumentar a taxa de utilização efetiva do laser. O nitrogênio pode sofrer reações químicas com ligas de alumínio e aços carbono em certas temperaturas, gerando nitretos, o que aumentará a fragilidade da solda, reduzirá sua tenacidade e terá um efeito adverso significativo nas propriedades mecânicas da junta soldada. Portanto, não é recomendado usar nitrogênio para proteger as soldas de ligas de alumínio e aços carbono. Os nitretos produzidos pela reação química entre nitrogênio e aço inoxidável podem aumentar a resistência da junta soldada, o que é propício para melhorar as propriedades mecânicas da solda. Portanto, o nitrogênio pode ser usado como um gás de proteção ao soldar aço inoxidável.
Hélio He: O He tem a maior energia de ionização e um grau de ionização muito baixo sob a ação do laser, o que pode controlar efetivamente a formação de nuvens de plasma. O laser pode agir bem sobre metais, e o He tem atividade muito baixa e basicamente não sofre reações químicas com metais, tornando-o um excelente gás de proteção para soldas. No entanto, o custo do He é muito alto, e este gás geralmente não é usado em produtos de produção em larga escala. O He é geralmente usado em pesquisa científica ou para produtos com valor agregado muito alto.
II. Gás auxiliar: O "Guardião Invisível" do Equipamento
O gás auxiliar é ejetado de um bico independente, protegendo principalmente o sistema óptico:
Função
Remover fortemente a fumaça e respingos de metal gerados durante a soldagem para evitar sua deposição e contaminação das lentes de proteção.
Resfriar o suporte da lente e a área circundante.
Gases comuns: Ar comprimido seco e limpo é o mais econômico e comumente usado. Gases inertes (como Ar) também podem ser usados quando os requisitos são extremamente altos ou os materiais são especiais.
Pontos-chave: A direção, a taxa de fluxo e a pressão do fluxo de ar precisam ser cuidadosamente definidas, garantindo uma limpeza eficaz sem interferir no fluxo de ar de proteção principal e na estabilidade da poça de fusão.
Como escolher o gás mais adequado?
Material soldado
Aço inoxidável, titânio, alumínio: Gás argônio é preferido (anti-oxidação).
Cobre e ligas de alta condutividade térmica: Gás hélio ou gás de mistura de hélio alto é frequentemente selecionado.
Aço carbono: Misturas de argônio e hélio-argônio podem ser usadas, mas o nitrogênio puro deve ser evitado.
Aço inoxidável austenítico específico: Pode ser testado com nitrogênio.
Requisitos de soldagem
Para penetração profunda e soldagem de alta potência, gás hélio ou gás de mistura de hélio alto é a escolha preferida.
Requisitos de alta qualidade de superfície: Gases hélio e argônio geralmente funcionam melhor.
Requisito extremamente alto de anti-oxidação: gás argônio.
Consideração de custo: O hélio é caro. Sob a condição de atender aos requisitos do processo, argônio, nitrogênio ou um gás misto (reduzindo a proporção de hélio) podem ser considerados.
Potência do laser e velocidade de soldagem: Soldagem de alta potência e alta velocidade dependem mais do hélio para suprimir o plasma.
Forma da junta e acessibilidade do bico: Juntas complexas ou espaços confinados podem afetar o efeito de proteção do gás.
Parâmetros de transporte de gás
Taxa de fluxo: Se for muito baixa, a proteção será insuficiente; se for muito alta, pode perturbar a poça de fusão, desperdiçar gás e aumentar os custos.
Tipo e altura do bico: Eles afetam diretamente a cobertura do gás e o efeito de proteção.
Modo de fornecimento de ar: Seleção de fornecimento de ar coaxial/eixo lateral.
O gás não é de forma alguma um papel de apoio na soldagem a laser, mas um elemento central que garante uma produção de alta qualidade, alta eficiência e alta estabilidade.