hàn bằng laser là một phương pháp hàn mật độ năng lượng cao đặc trưng bởi đầu vào nhiệt tập trung, đường hàn hẹp và biến dạng thấp, và nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế biến kim loại.Trong quá trình hàn, nếu khu vực hàn tiếp xúc với oxy hoặc khí oxy hóa, oxy hóa có thể xảy ra, dẫn đến bề mặt hàn màu đen, vàng, xanh hoặc màu oxit,ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất cơ học và chất lượng ngoại hìnhBài viết này phân tích các nguyên nhân chính gây oxy hóa hàn từ quan điểm về đặc tính vật liệu, các yếu tố môi trường, chắn khí và các tham số quy trình.
1Cơ chế cơ bản của quá trình oxy hóa hàn
Ôxy hóa hàn xảy ra khi kim loại nhiệt độ cao phản ứng với oxy hoặc khí oxy hóa. Nhiệt độ của vùng hàn laser có thể đạt 1000 ° C ~ 3000 ° C,và hồ nóng chảy và vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt vẫn ở trạng thái kích hoạt nhiệtCác phản ứng oxy hóa phổ biến bao gồm:
Kim loại + O2 → Oxit kim loại
Chất oxy hóa ưu tiên của các nguyên tố hợp kim (ví dụ: Cr, Mn, Ti, Al)
Do đó, mức độ oxy hóa có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ, thành phần vật liệu và nồng độ oxy.
2Nguyên nhân chính gây oxy hóa hàn
(1) Không có hệ thống bảo vệ khí đủ
Đây là nguyên nhân phổ biến nhất gây oxy hóa trong quá trình hàn bằng laser và thường liên quan đến:
Dòng khí không đủ, dẫn đến cách ly oxy không đầy đủ
góc vòi không chính xác gây nên sự phủ sóng không đầy đủ
Các loại khí không phù hợp (ví dụ, nitơ ít trơ hơn argon)
Thiết bị phân phối khí hoặc cấu trúc chắn không phù hợp
Hiệu quả chống oxy hóa chung của khí chắn là khoảng:
Argon > Helium > Nitrogen > Không bảo vệ
Nếu bảo vệ không đủ, hồ nóng chảy sẽ tiếp xúc với không khí trong quá trình làm mát, làm tăng oxy hóa.
(2) Nồng độ oxy cao trong môi trường hàn
Nếu môi trường hàn chứa oxy quá nhiều do thông gió kém hoặc độ tinh khiết khí thấp, hiệu quả bảo vệ giảm.
Khí chắn tinh khiết thấp với hàm lượng oxy quá nhiều
Dòng không khí xung quanh đưa oxy vào vùng hàn
Sự rò rỉ đường ống khí đưa không khí vào
Ví dụ, nếu độ tinh khiết của argon công nghiệp thấp hơn 99,99%, quá trình oxy hóa hàn có thể tăng đáng kể.
(3) Vật liệu có xu hướng oxy hóa cao
Các vật liệu khác nhau có tính phản ứng hóa học khác nhau.
Cr, Mn, Si, Al, Ti và các nguyên tố hoạt động khác
Thép cao mangan, thép không gỉ, hợp kim titan và hợp kim magiê
Ví dụ:
Thép không gỉ chứa crôm, tạo thành crôm oxit trên 600 °C, dẫn đến đổi màu.
Hợp kim titan phản ứng với oxy trên 400 °C, gây ra sự đổi màu và mỏng manh của hàn.
Do đó, các đặc điểm vật liệu đóng một vai trò quan trọng trong hành vi oxy hóa.
(4) Nhiệt lượng laser quá cao
Nhiệt vào xác định nhiệt độ và thời gian của hồ nóng chảy.
Nhiệt độ hồ nóng chảy cao hơn và oxy hóa tăng cường
Thời gian làm mát dài hơn, tăng cửa sổ tiếp xúc oxy hóa
Sự đổi màu hàn kết quả thường theo một trình tự như:
Vàng → Màu xanh dương → Màu tím → Xám/Mắc
Màu tối hơn thường cho thấy mức độ oxy hóa cao hơn.
(5) Tốc độ hàn thấp
Tốc độ hàn là tỷ lệ ngược với thời gian tiếp xúc với hồ nóng chảy:
Tốc độ chậm → Tiếp xúc lâu hơn → Tăng oxy hóa
Tốc độ nhanh → Tiếp xúc ngắn hơn → Giảm oxy hóa
Sự đổi màu do oxy hóa đặc biệt phổ biến trong hàn tấm mỏng ở tốc độ di chuyển thấp.
(6) Thiếu tấm chắn sau hàn
Một số vật liệu cần bảo vệ sau hàn trong quá trình làm mát; nếu không, oxy hóa có thể xảy ra trong khi vật liệu vẫn còn nóng.
Các hợp kim titan, đòi hỏi bảo vệ khí kéo theo
Bơm thép không gỉ, đòi hỏi bảo vệ bên trong (làm sạch mặt sau bằng argon)
Không đủ hậu chắn dẫn đến đổi màu nhiệt và lớp oxit có thể nhìn thấy.
3. Hiệu ứng của ốc oxy hóa hàn
Sự oxy hóa hàn không chỉ ảnh hưởng đến ngoại hình mà còn có thể gây ra:
Giảm khả năng chống ăn mòn (chất oxy hóa crôm làm giảm sự thụ động thép không gỉ)
Giảm độ dẻo dai và độ dẻo dai (ví dụ, titanium brittleness)
Tăng độ nhạy cảm với vết nứt
Hiệu suất mệt mỏi giảm
Nhu cầu sau chế biến cao hơn (sử dụng axit hoặc loại bỏ cơ học)
Do đó, các ngành công nghiệp có yêu cầu chất lượng hàn cao phải kiểm soát mức độ oxy hóa.
Sự oxy hóa hàn trong quá trình hàn bằng laser chủ yếu là do bảo vệ không đủ, xu hướng oxy hóa vật liệu, mức oxy môi trường cao, nhiệt cao và tốc độ hàn không phù hợp.Để giảm oxy hóa, chiến lược bảo vệ khí, tham số quy trình, thiết kế thiết bị và điều kiện môi trường phải được tối ưu hóa kết hợp.