En el preciso mundo desoldadura láser, los haces de alta energía son, sin duda, el papel principal. Sin embargo, sin la coordinación precisa y la protección de gases adecuados, la calidad de la soldadura se reducirá en gran medida o incluso fallará. Estos gases aparentemente simples en realidad juegan múltiples roles cruciales:
Protección de aislamiento: A altas temperaturas en el baño de fusión, aísla el aire, previniendo eficazmente la oxidación y nitruración del metal, y evitando la fragilización, porosidad e inclusiones de la soldadura.
Supresor de plasma: La densa nube de plasma generada por la soldadura de alta potencia dispersará y absorberá la energía del láser. Gases específicos pueden suprimir el plasma, asegurando que la energía del láser pueda llegar a la pieza de trabajo de manera eficiente.
Escudo de protección óptica: Elimina los humos y salpicaduras de la soldadura, protege las costosas lentes de enfoque de la contaminación y los daños, extiende la vida útil del equipo y mantiene la calidad del haz.
Estabilizador del baño de fusión: El flujo de aire adecuado puede estabilizar el flujo del baño de fusión y mejorar la formación de la soldadura (como reducir el socavado y la joroba).
Asistente de enfriamiento: (Gas auxiliar) enfría la zona afectada por el calor y protege el soporte de la lente.
Explicación detallada de los tipos de gases principales
La soldadura láser utiliza principalmente dos tipos de gases, y sus funciones y criterios de selección son diferentes:
I. Gas protector: El "escudo" directo del baño de fusión
Argón (Ar): La energía de ionización del Ar es relativamente la más baja. Bajo la acción del láser, su grado de ionización es relativamente alto, lo que no es propicio para controlar la formación de la nube de plasma y tendrá un cierto impacto en la tasa de utilización efectiva del láser. Sin embargo, la actividad del Ar es muy baja y es difícil que sufra reacciones químicas con metales comunes. Además, el costo del Ar no es alto. Además, la densidad del Ar es relativamente grande, lo que favorece el hundimiento por encima del baño de soldadura. Puede proteger mejor el baño de soldadura y, por lo tanto, puede usarse como un gas de protección regular.
Nitrógeno (N₂): La energía de ionización del N2 es moderada, más alta que la del Ar y más baja que la del He. Bajo la acción del láser, su grado de ionización es promedio, lo que puede reducir eficazmente la formación de nubes de plasma y, por lo tanto, aumentar la tasa de utilización efectiva del láser. El nitrógeno puede sufrir reacciones químicas con aleaciones de aluminio y aceros al carbono a ciertas temperaturas, generando nitruros, lo que aumentará la fragilidad de la costura de soldadura, reducirá su tenacidad y tendrá un efecto adverso significativo en las propiedades mecánicas de la unión soldada. Por lo tanto, no se recomienda usar nitrógeno para proteger las costuras de soldadura de aleaciones de aluminio y aceros al carbono. Los nitruros producidos por la reacción química entre el nitrógeno y el acero inoxidable pueden mejorar la resistencia de la unión soldada, lo que favorece la mejora de las propiedades mecánicas de la soldadura. Por lo tanto, el nitrógeno se puede usar como gas protector al soldar acero inoxidable.
Helio (He): El He tiene la energía de ionización más alta y un grado de ionización muy bajo bajo la acción del láser, lo que puede controlar eficazmente la formación de nubes de plasma. El láser puede actuar bien sobre los metales, y el He tiene una actividad muy baja y básicamente no sufre reacciones químicas con los metales, lo que lo convierte en un excelente gas protector para las costuras de soldadura. Sin embargo, el costo del He es demasiado alto, y este gas generalmente no se usa en productos de producción a gran escala. El He se usa generalmente en investigación científica o para productos con un valor añadido muy alto.
II. Gas auxiliar: El "Guardián Invisible" del Equipo
El gas auxiliar se expulsa de una boquilla independiente, protegiendo principalmente el sistema óptico:
Función
Eliminar enérgicamente el humo y las salpicaduras de metal generadas durante la soldadura para evitar su deposición y contaminación de las lentes protectoras.
Enfriar el soporte de la lente y el área circundante.
Gases comunes: El aire comprimido seco y limpio es el más económico y comúnmente utilizado. Los gases inertes (como el Ar) también se pueden usar cuando los requisitos son extremadamente altos o los materiales son especiales.
Puntos clave: La dirección, el caudal y la presión del flujo de aire deben configurarse cuidadosamente, asegurando una limpieza efectiva sin interferir con el flujo de aire protector principal y la estabilidad del baño de fusión.
¿Cómo elegir el gas más adecuado?
Material soldado
Acero inoxidable, titanio, aluminio: Se prefiere el gas argón (anti-oxidación).
Cobre y aleaciones de alta conductividad térmica: A menudo se selecciona gas helio o una mezcla de alto contenido de helio.
Acero al carbono: Se pueden usar mezclas de argón y helio-argón, pero se debe evitar el nitrógeno puro.
Acero inoxidable austenítico específico: Se puede probar con nitrógeno.
Requisitos de soldadura
Para soldadura de penetración profunda y alta potencia, el gas helio o la mezcla de alto contenido de helio es la opción preferida.
Requisitos de alta calidad superficial: Los gases helio y argón suelen funcionar mejor.
Requisito extremadamente alto de anti-oxidación: gas argón.
Consideración de costos: El helio es caro. Bajo la condición de cumplir con los requisitos del proceso, se puede considerar el argón, el nitrógeno o un gas mixto (reduciendo la proporción de helio).
Potencia del láser y velocidad de soldadura: La soldadura de alta potencia y alta velocidad depende más del helio para suprimir el plasma.
Forma de la junta y accesibilidad de la boquilla: Las juntas complejas o los espacios confinados pueden afectar el efecto de protección del gas.
Parámetros de transporte de gas
Caudal: Si es demasiado bajo, la protección será insuficiente; si es demasiado alto, puede perturbar el baño de fusión, desperdiciar gas y aumentar los costos.
Tipo y altura de la boquilla: Afectan directamente la cobertura del gas y el efecto de protección.
Modo de suministro de aire: Selección de suministro de aire coaxial/eje lateral.
El gas no es de ninguna manera un papel secundario en la soldadura láser, sino un elemento central que garantiza una producción de alta calidad, alta eficiencia y alta estabilidad.