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技術(shù)資料
激光焊接時(shí)如何正確使用保護(hù)氣體
  • 發(fā)布時(shí)間: 2019-05-31
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在激光焊接中,保護(hù)氣體會(huì)影響焊縫成型、焊縫質(zhì)量、焊縫熔深及熔寬,極大多數(shù)情況下,吹入保護(hù)氣體會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn)生積極的影響作用,但是也可能會(huì)帶來不利的作用。

積極作用

1)正確的吹入保護(hù)氣體會(huì)有效保護(hù)焊縫熔池減少甚至避免被氧化;

2)正確的吹入保護(hù)氣體可以有效減小焊接過程中產(chǎn)生的飛濺;

3)正確的吹入保護(hù)氣體可以促使焊縫熔池凝固時(shí)均勻鋪展,使得焊縫成型均勻美觀;

4)正確的吹入保護(hù)氣體可以有效減小金屬蒸汽羽或者等離子云對(duì)激光的屏蔽作用,增大激光的有效利用率;

5)正確的吹入保護(hù)氣體可以有效減少焊縫氣孔。

只要?dú)怏w種類、氣體流量、吹入方式選擇正確,完全可以獲得理想的效果。但是,不正確的保護(hù)氣體使用方式也會(huì)給焊接帶來不利的影響。

不利影響

1)不正確的吹入保護(hù)氣體可能會(huì)導(dǎo)致焊縫變差:

2)選擇錯(cuò)誤的氣體種類可能會(huì)導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋,也可能會(huì)導(dǎo)致焊縫力學(xué)性能降低;

3)選擇錯(cuò)誤的氣體吹入流量可能會(huì)導(dǎo)致焊縫氧化更嚴(yán)重(無論是流量過大還是過小),也可能導(dǎo)致焊縫熔池金屬被外力干擾嚴(yán)重造成焊縫塌陷或者成型不均勻;

4)選擇錯(cuò)誤的氣體吹入方式會(huì)導(dǎo)致焊縫達(dá)不到保護(hù)效果甚至基本無保護(hù)效果或者對(duì)焊縫成型產(chǎn)生消極影響;

5)吹入保護(hù)氣體會(huì)對(duì)焊縫熔深產(chǎn)生一定影響,尤其的是薄板焊接時(shí),會(huì)減小焊縫熔深。

保護(hù)氣體的種類

常用的激光焊接保護(hù)氣體主要有N2、Ar、He,其物化性質(zhì)各有差異,也因此對(duì)焊縫的作用效果也各不相同。

1. 氮?dú)釴2

N2的電離能適中,比Ar的高,比He的低,在激光作用下電離程度一般,可以較好的減小等離子體云的形成,從而增大激光的有效利用率。氮在一定溫度下可以與鋁合金、碳鋼發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生氮化物,會(huì)提高焊縫脆性,韌性降低,對(duì)焊縫接頭的力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生較大的不利影響,所以不建議使用氮?dú)鈱?duì)鋁合金和碳鋼焊縫進(jìn)行保護(hù)。

而氮與不銹鋼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氮化物可以提高焊縫接頭的強(qiáng)度,會(huì)有利于焊縫的力學(xué)性能提高,所以在焊接不銹鋼時(shí)可以使用氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體。

2. 氬氣Ar

Ar的電離能相對(duì)最低,在激光作用下電離程度較高,不利于控制等離子體云的形成,會(huì)對(duì)激光的有效利用率產(chǎn)生一定的影響,但是Ar活性非常低,很難與常見金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而且Ar成本不高,除此之外,Ar的密度較大,有利于下沉至焊縫熔池上方,可以更好的保護(hù)焊縫熔池,因此可以作為常規(guī)保護(hù)氣體使用。

3. 氦氣He

He的電離能最高,在激光作用下電離程度很低,可以很好的控制等離子體云的形成,激光可以很好的作用于金屬,而且He活性非常低,基本不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng),是很好的焊縫保護(hù)氣體,但是He的成本太高,一般大批量生產(chǎn)型產(chǎn)品不會(huì)使用該氣體,He一般用于科學(xué)研究或者附加值非常高的產(chǎn)品。

保護(hù)氣體的吹入方式

保護(hù)氣體的吹入方式目前主要有兩種:一種是旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體,如圖1所示;另一種是同軸保護(hù)氣體,如圖2所示。

圖1 旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體

圖2 同軸保護(hù)氣體

兩種吹入方式具體該怎么選擇是多方面綜合考慮的,一般情況下建議采用側(cè)吹保護(hù)氣體的方式。

保護(hù)氣體吹入方式選擇原則

首先需要明確的是,所謂的焊縫被“氧化”僅是一種俗稱,理論上是指焊縫與空氣中有害成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致焊縫質(zhì)量變差,常見是焊縫金屬在一定溫度下與空氣中的氧、氮、氫等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

防止焊縫被“氧化”就是減少或者避免這類有害成分與高溫狀態(tài)下的焊縫金屬接觸,這種高溫狀態(tài)不僅僅是熔化的熔池金屬,而是從焊縫金屬被熔化時(shí)一直到熔池金屬凝固并且其溫度降低至一定溫度以下整個(gè)時(shí)間段過程。

比如說鈦合金焊接,當(dāng)溫度在300℃以上時(shí)能快速吸氫,450℃以上時(shí)能快速吸氧,600℃以上時(shí)能快速吸氮,所以鈦合金焊縫在凝固后并且溫度降低至300℃以下這個(gè)階段內(nèi)均需受到有效的保護(hù)效果,否則就會(huì)被“氧化”。

從上述描述不難明白,吹入的保護(hù)氣體不僅僅需要適時(shí)對(duì)焊縫熔池進(jìn)行保護(hù),還需要對(duì)已經(jīng)焊接過的剛剛凝固的區(qū)域進(jìn)行保護(hù),所以一般均采用圖1所示的旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體,因?yàn)檫@種方式的保護(hù)方式相對(duì)于圖2中的同軸保護(hù)方式的保護(hù)范圍更廣泛,尤其是對(duì)焊縫剛剛凝固的區(qū)域有較好的保護(hù)。

旁軸側(cè)吹對(duì)于工程應(yīng)用來說,不是所有的產(chǎn)品都能夠采用旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體的方式,對(duì)于某些具體的產(chǎn)品,只能采用同軸保護(hù)氣體,具體需要從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及接頭形式進(jìn)行有針對(duì)性的選擇。

具體保護(hù)氣體吹入方式的選擇

1. 直線焊縫

如圖3所示,產(chǎn)品的焊縫形狀為直線狀,接頭形式為對(duì)接接頭、搭接接頭、陰角角縫接頭或者疊焊接頭均可,此類型的產(chǎn)品均是采用圖1所示的旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體方式為佳。

圖3 直線狀焊縫

2. 平面封閉圖形焊縫

如圖4所示,產(chǎn)品的焊縫形狀為平面圓周狀、平面多邊形狀、平面多段線狀等封閉型圖形,接頭形式為對(duì)接接頭、搭接接頭、疊焊接頭等均可,此類型產(chǎn)品均是采用圖2所示的同軸保護(hù)氣體方式為佳。

圖4 平面封閉圖形狀焊縫

保護(hù)氣體的選用直接影響到焊接生產(chǎn)的質(zhì)量、效率及成本,但由于焊接材質(zhì)的多樣性,在實(shí)際焊接過程中,焊接氣體的選用也比較復(fù)雜,需要綜合考慮焊接材質(zhì)、焊接方法、焊接位置,以及要求的焊接效果,通過焊接測(cè)試才能選擇更適合的焊接氣體,達(dá)到更佳的焊接結(jié)果。


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