在激光焊接中,保护气会影响焊缝的形成,焊缝质量,焊缝深度和焊缝宽度等。在大多数情况下,吹入保护气会对焊缝产生有益的影响,但使用不当可能会也带来不利影响。
保护气体对激光焊接的积极作用
●适当吹入保护气体可有效保护焊缝免受氧化,甚至避免氧化;
●适当吹入保护气可以有效减少焊接过程中产生的飞溅,保护聚焦镜;
●适当吹入保护气体可促进凝固过程中焊缝的均匀分布,使焊缝均匀,美观。
●适当吹入保护气体可以有效减少金属蒸气或等离子云对激光器的屏蔽作用,使激光能量到达工件表面,从而提高了激光器的有效利用率;
●适当吹入保护气体可有效减少焊接气孔。
只要正确选择气体类型,气体流量和吹气方法,就能获得理想的效果。但是,保护气体使用不当也会对焊接产生不利影响。
保护气体使用不当对激光焊接的不利影响
●保护气体吹入不当会导致焊缝变质;
●选择错误的气体类型可能会导致焊缝开裂,并可能导致焊缝机械性能下降;
●选择错误的气体类型可能会导致焊缝被氧化(流量太大或太小),或者可能导致焊池金属受到外力的严重干扰而导致焊缝塌陷或熔化。形成不均匀
●选择错误的吹气方法将导致焊缝无法达到保护效果或对焊缝形成产生负面影响;
●保护气体的吹入会对焊缝熔深产生一定的影响,特别是薄板焊接时,焊缝熔深会降低。
保护气体的种类
常用的激光焊接保护气体主要为N2(氮气),Ar(氩气),He(氦气),其理化性质不同,因此对焊接的影响也不同。
●氮气N2 ---可用于焊接不锈钢保护气体
N2的电离能适中,高于Ar,低于He,且在激光作用下的电离度一般,可以更好地减少等离子体云的形成,从而提高了激光的有效利用率。氮可以在一定温度下与铝合金和碳钢反应生成氮化物,这将改善焊缝的脆性并降低韧性,并对焊缝的机械性能产生很大的不利影响。因此,不建议使用氮气保护铝合金和碳钢的焊缝。
由氮与不锈钢之间的化学反应产生的氮化物可以提高焊接接头的强度并改善焊接的机械性能。因此,在焊接不锈钢时,可以将氮气用作保护气体。
●氩气Ar ---性价比高,最常规的保护气体
Ar的电离能相对较低,在激光作用下电离度高,不利于控制等离子体云的形成,对激光的有效利用有一定影响。然而,Ar的活性非常低,并且难以与普通金属反应,并且Ar的成本不高。此外,氩气的密度大,有利于下沉到熔池上方,可以更好地保护熔池。因此,Ar可以用作常规的保护气体。
●氦氦气-最好但也是最昂贵的保护气体
在激光作用下,他具有最高的电离能和较低的电离。它可以很好地控制等离子体云的形成,并且激光可以在金属上很好地工作。此外,He的活性非常低,并且不会与金属发生化学反应,因此它是一种良好的焊接保护气体。但是,He的成本太高,无法适合批量生产产品。他通常用于科学研究或具有很高附加值的产品。
保护气吹法
吹送保护气的主要方法有两种:一种是平行侧吹送保护气,如下所示:
另一种是同轴保护气,如下图:
两种吹塑方法的选择是各个方面的综合考虑。建议使用侧吹保护气。
保护气吹塑方法的选择原则是:与侧轴的直线焊缝良好,扁平的闭合图案同轴。
首先,应该清楚的是,所谓的焊接被“氧化”只是一个通用名称,理论上意味着要在高温下与氧气,氮气,氦气发生反应的材料。
防止焊缝被“氧化”是为了减少或防止此类有害成分在高温下与焊缝金属接触。这种高温条件不仅是熔池金属,还包括从焊接金属熔化到熔池金属凝固且其温度下降到一定温度以下的整个过程。
例如,钛合金在温度高于300℃时可以迅速吸收氢,在温度高于450℃时可以迅速吸收氧,而在温度高于600℃时可以迅速吸收氮。因此,钛合金焊缝在凝固后要受到有效的保护,温度降至300℃以下,否则会被“氧化”。
从上面的描述中不难理解,保护气体的喷射不仅需要在适当的时间保护焊池,而且还需要保护已经焊接的新凝固区域。因此,通常使用并列吹气保护气体,因为并列保护气的保护范围比同轴保护模式要大,特别是对于焊缝刚刚凝固的区域。
对于工程应用,并非所有产品都可以使用侧吹保护气。对于某些特定产品,只能使用同轴保护气体。具体来说,需要从产品结构和接头形式中选择。
特定的保护气吹制方法的选择
●直线焊缝
如图所示,产品的焊接形状为线性,接头形式为对接接头,搭接接头,阴角接头或焊接接头。这种类型的产品最好通过侧吹保护气体来提供。
●平面封闭图形焊缝
保护气体的选择会影响焊接生产的质量,效率和成本。然而,由于焊接材料的多样性,焊接气体的选择在焊接过程中也很复杂。有必要综合考虑焊接材料,焊接方法,焊接位置和要求的焊接结果。可以使用焊接测试来选择更合适的焊接气体,以获得更好的焊接效果。