การใช้แก๊สอย่างถูกต้องในการเชื่อมเลเซอร์

บทบาทของก๊าซป้องกัน

ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ก๊าซป้องกันจะส่งผลต่อการสร้างรอยเชื่อม คุณภาพของรอยเชื่อม การเจาะทะลุ และความกว้างของการเจาะทะลุ ในกรณีส่วนใหญ่ การพ่นก๊าซป้องกันจะมีผลดีต่อรอยเชื่อม แต่ก็อาจส่งผลเสียได้เช่นกัน

ผลดีเชิงบวก

1) การเป่าแก๊สป้องกันอย่างถูกต้องจะช่วยปกป้องแอ่งเชื่อมจากการลดหรือหลีกเลี่ยงการออกซิเดชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2) การเป่าแก๊สป้องกันอย่างถูกต้องสามารถลดการกระเด็นที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3) การเป่าแก๊สป้องกันที่ถูกต้องสามารถส่งเสริมการกระจายตัวของแอ่งเชื่อมอย่างสม่ำเสมอเมื่อแข็งตัว ทำให้รอยเชื่อมเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอและสวยงาม

4) การเป่าแก๊สป้องกันอย่างถูกต้องสามารถลดผลการป้องกันของกลุ่มไอโลหะหรือเมฆพลาสมาบนเลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเพิ่มการใช้เลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

5) การเป่าแก๊สป้องกันอย่างถูกต้องสามารถลดรูพรุนของรอยเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตราบใดที่เลือกประเภทของแก๊ส อัตราการไหลของแก๊ส และวิธีการเป่าลมอย่างถูกต้อง ก็สามารถได้รับผลลัพธ์ที่เหมาะสมได้

อย่างไรก็ตาม การใช้ก๊าซป้องกันอย่างไม่เหมาะสมอาจส่งผลเสียต่อการเชื่อมได้เช่นกัน

ผลกระทบที่เกิดขึ้นมีดังนี้:

1) การเป่าแก๊สป้องกันที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้รอยเชื่อมไม่ดี:

2) การเลือกใช้ก๊าซชนิดที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวในรอยเชื่อม และอาจลดคุณสมบัติเชิงกลของรอยเชื่อมได้อีกด้วย

3) การเลือกอัตราการไหลของแก๊สที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดการออกซิเดชันของรอยเชื่อมที่ร้ายแรงยิ่งขึ้น (ไม่ว่าอัตราการไหลจะมากเกินไปหรือน้อยเกินไปก็ตาม) หรืออาจทำให้โลหะในแอ่งเชื่อมได้รับการรบกวนอย่างรุนแรงจากแรงภายนอก ทำให้รอยเชื่อมพังทลายหรือก่อตัวไม่สม่ำเสมอ

4) การเลือกวิธีการเป่าแก๊สที่ผิดจะทำให้รอยเชื่อมไม่มีผลการป้องกันหรือไม่มีผลการป้องกันเลย หรือมีผลกระทบเชิงลบต่อการก่อตัวของรอยเชื่อม

5) การเป่าเข้าไปในก๊าซป้องกันจะมีผลต่อความลึกในการทะลุของรอยเชื่อม โดยเฉพาะเมื่อเชื่อมแผ่นโลหะบาง จะทำให้ความลึกในการทะลุของรอยเชื่อมลดลง

ชนิดของก๊าซป้องกัน

ก๊าซป้องกันการเชื่อมเลเซอร์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ N2, Ar, He เป็นหลัก โดยคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีแตกต่างกัน ส่งผลให้ผลกระทบต่อรอยเชื่อมแตกต่างกันด้วย

1 ไนโตรเจน N2

พลังงานไอออไนเซชันของ N2 อยู่ในระดับปานกลาง สูงกว่าของ Ar และต่ำกว่าของ He ภายใต้การกระทำของเลเซอร์ ระดับไอออไนเซชันอยู่ในระดับปานกลาง ซึ่งสามารถลดการก่อตัวของเมฆพลาสมาได้ดีขึ้น จึงเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เลเซอร์ ไนโตรเจนสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีกับโลหะผสมอลูมิเนียมและเหล็กกล้าคาร์บอนที่อุณหภูมิหนึ่งเพื่อผลิตไนไตรด์ ซึ่งจะเพิ่มความเปราะบางของรอยเชื่อม บัญชีสาธารณะ WeChat: ช่างเชื่อม ความเหนียวจะลดลง ซึ่งจะมีผลเสียต่อคุณสมบัติเชิงกลของรอยเชื่อมมากขึ้น ดังนั้นจึงไม่แนะนำให้ใช้ไนโตรเจนเพื่อปกป้องรอยเชื่อมโลหะผสมอลูมิเนียมและเหล็กกล้าคาร์บอน

ไนไตรด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีระหว่างไนโตรเจนและเหล็กกล้าไร้สนิมสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของรอยเชื่อม ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของรอยเชื่อม ดังนั้น ไนโตรเจนจึงสามารถใช้เป็นก๊าซป้องกันเมื่อเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมได้

2 อาร์กอน อาร์กอน

พลังงานไอออไนเซชันของอาร์กอนค่อนข้างต่ำและระดับไอออไนเซชันภายใต้การกระทำของเลเซอร์ค่อนข้างสูงซึ่งไม่เอื้อต่อการควบคุมการก่อตัวของเมฆพลาสมาและจะมีผลกระทบต่อการใช้เลเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามกิจกรรมของอาร์กอนต่ำมาก และยากที่จะทำปฏิกิริยาเคมีกับโลหะทั่วไป และต้นทุนของอาร์กอนไม่สูง นอกจากนี้ ความหนาแน่นของอาร์กอนยังมีมาก ซึ่งเอื้อต่อการจมลงไปที่ส่วนบนของแอ่งเชื่อม ซึ่งสามารถปกป้องแอ่งเชื่อมได้ดีขึ้น จึงสามารถใช้เป็นก๊าซป้องกันแบบธรรมดาได้

3 ฮีเลียม

เขามีพลังงานไอออไนเซชันสูงสุด และระดับไอออไนเซชันต่ำมากภายใต้การกระทำของเลเซอร์ ซึ่งสามารถควบคุมการก่อตัวของเมฆพลาสมาได้ดี เลเซอร์สามารถทำปฏิกิริยากับโลหะได้ดีมาก มันทำปฏิกิริยาทางเคมีกับโลหะและเป็นก๊าซป้องกันการเชื่อมที่ดี แต่ต้นทุนของฮีเลียมนั้นสูงเกินไป โดยทั่วไปแล้ว ก๊าซชนิดนี้จะไม่ถูกใช้ในผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจำนวนมาก โดยทั่วไปแล้ว ฮีเลียมจะใช้สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์หรือผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูงมาก

วิธีการเป่าแก๊สป้องกัน

ในปัจจุบัน มีสองวิธีหลักในการระเบิดก๊าซป้องกัน วิธีหนึ่งคือ ระเบิดก๊าซป้องกันที่ด้านพาราเซียล ดังแสดงในรูปที่ 1 อีกวิธีหนึ่งคือ ระเบิดก๊าซป้องกันแบบโคแอกเซียล ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 1

รูปที่ 2

การเลือกวิธีการเป่าสองวิธีนั้นต้องพิจารณาอย่างครอบคลุม โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้วิธีเป่าแก๊สป้องกันด้านข้าง

หลักการเลือกวิธีการเป่าแก๊สป้องกัน

ก่อนอื่นต้องเข้าใจให้ชัดเจนว่า "ออกซิเดชัน" ของรอยเชื่อมเป็นเพียงชื่อสามัญเท่านั้น ในทางทฤษฎี หมายถึงรอยเชื่อมเกิดปฏิกิริยาเคมีกับส่วนประกอบที่เป็นอันตรายในอากาศ ส่งผลให้คุณภาพของรอยเชื่อมลดลง โดยทั่วไปแล้ว โลหะเชื่อมจะมีอุณหภูมิคงที่ ทำปฏิกิริยาเคมีกับออกซิเจน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน ฯลฯ ในอากาศ

การป้องกันไม่ให้รอยเชื่อมถูก "ออกซิไดซ์" คือการลดหรือป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบที่เป็นอันตรายดังกล่าวสัมผัสกับโลหะเชื่อมที่อุณหภูมิสูง ไม่ใช่แค่กับโลหะในสระที่หลอมละลายเท่านั้น แต่รวมไปถึงเวลาที่โลหะเชื่อมหลอมละลายจนกระทั่งโลหะในสระแข็งตัวและอุณหภูมิลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนดในช่วงเวลาหนึ่ง

ตัวอย่าง

ตัวอย่างเช่น การเชื่อมโลหะผสมไททาเนียมสามารถดูดซับไฮโดรเจนได้อย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 300 องศา ออกซิเจนสามารถดูดซับได้อย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 450 องศา และไนโตรเจนสามารถดูดซับได้อย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 600 องศา ดังนั้น การเชื่อมโลหะผสมไททาเนียมจึงแข็งตัวและอุณหภูมิลดลงเหลือ 300 องศา ขั้นตอนต่อไปนี้จำเป็นต้องได้รับการปกป้องอย่างมีประสิทธิภาพ มิฉะนั้น จะเกิดการ "ออกซิไดซ์"

จากคำอธิบายข้างต้น ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจว่าก๊าซป้องกันที่เป่าออกมานั้นไม่เพียงแต่ต้องปกป้องแอ่งเชื่อมในเวลาที่เหมาะสมเท่านั้น แต่ยังต้องปกป้องพื้นที่ที่เพิ่งแข็งตัวจากการเชื่อมด้วย ดังนั้น จึงมักใช้ด้านเพลาข้างที่แสดงในรูปที่ 1 เป่าก๊าซป้องกัน เนื่องจากช่วงการป้องกันของวิธีนี้กว้างกว่าวิธีป้องกันแบบโคแอกเซียลในรูปที่ 2 โดยเฉพาะพื้นที่ที่เพิ่งแข็งตัวจากการเชื่อมจะมีการป้องกันที่ดีกว่า

สำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรม ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดไม่สามารถใช้ก๊าซป้องกันการระเบิดด้านข้างของเพลาได้ สำหรับผลิตภัณฑ์เฉพาะบางอย่าง สามารถใช้ก๊าซป้องกันแบบโคแอกเซียลเท่านั้น ซึ่งต้องดำเนินการจากโครงสร้างผลิตภัณฑ์และรูปแบบข้อต่อ การเลือกเป้าหมาย

การเลือกวิธีการเป่าแก๊สป้องกันแบบเฉพาะ

1. เชื่อมตรง

ดังแสดงในรูปที่ 3 รูปร่างของรอยเชื่อมของผลิตภัณฑ์เป็นเส้นตรง และรูปแบบรอยเชื่อมเป็นรอยต่อแบบชน รอยต่อแบบทับ รอยต่อตะเข็บมุมภายใน หรือรอยต่อแบบเชื่อมทับ ควรพ่นก๊าซป้องกันที่ด้านเพลา

รูปที่ 3

การเชื่อมกราฟิกแบบปิดระนาบ 2 แบบ

ดังแสดงในรูปที่ 4 รูปร่างของรอยเชื่อมของผลิตภัณฑ์เป็นรูปร่างปิด เช่น วงกลมระนาบ รูปหลายเหลี่ยมระนาบ และเส้นหลายส่วนระนาบ ควรใช้แก๊สป้องกันแบบโคแอกเซียลตามที่แสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 4 การเชื่อมรูปร่างปิดระนาบ

การเลือกก๊าซป้องกันจะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพ ประสิทธิภาพ และต้นทุนการผลิตงานเชื่อม อย่างไรก็ตาม เนื่องมาจากความหลากหลายของวัสดุที่ใช้ในการเชื่อม การเลือกก๊าซสำหรับเชื่อมจึงค่อนข้างซับซ้อนในกระบวนการเชื่อมจริง จำเป็นต้องพิจารณาวัสดุที่ใช้ในการเชื่อม วิธีการเชื่อม และตำแหน่งในการเชื่อมอย่างครอบคลุม นอกจากเอฟเฟกต์การเชื่อมที่ต้องการแล้ว การเลือกก๊าซสำหรับเชื่อมที่เหมาะสมยิ่งขึ้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การเชื่อมที่ดีขึ้นนั้นทำได้โดยการทดสอบการเชื่อมเท่านั้น