Защитни газове за лазерно заваряване: подбрани за оптимална дълбочина на заваряване и скорост на лазерно заваряване.
- При лазерното заваряване е възможно да се образува паро-газов канал с дълбоко проникване или повърхностно заваряване, чрез топлопроводимост и тези процеси се контролират от фокусирането и размера на фокусното петно
- Защитни газове хелий, аргон и техните смеси срещу образуването на плазма при лазерно заваряване
- Лазерни газове от Air Liquide: Защитни газове за лазери и техните предимства при лазерното заваряване
- LASAL™ за лазерно дълбоко заваряване (чрез парогазов мехур) на стомана, алуминий и титан
- Лазер, дюзи за защитни газове: Концепцията LASAL™ за дюзи за лазерно заваряване
При лазерното заваряване (EN ISO 4063: процес 52) се използва енергията от насочен лазерен лъч с висока плътност на мощността [W/mm²], за да се загреят рязко детайлите до температурата на топене. По този начин могат да се извършват прецизни работи по съединяване като лазерно заваряване, лазерно спояване, респ. наваряване.
Енергията на лазерния лъч се насочва с оптична система, (лазерна оптика/обработваща глава), точно за изпълнението на задачата за заваряване. Така могат да се заваряват детайли с много малка дебелина до конструкции с дебели стени. Лазерното заваряване е утвърден процес и неразделна част в много производствени предприятия в металургията, в производството на автомобили, самолети или кораби, в производството на тръби и профили или при производството на машини, резервоари и апарати.
Смесите от защитни газове, които се използват в зависимост от материала и вида на лазера, както и от мощността на лазерното лъчение, осигуряват пренасянето на максималната мощност на излъчването в зоната на съединението. Това позволява високо качество на заваръчния шев и висока производителност.
Особености на газовите лазери
Специално при газовите лазери (напр. CO2-лазер) производителят посочва вида на резонаторните газове, дали са чисти газове или определени газови смеси. Резонаторният газ създава така наречената активна среда на лазера за генерирането на същинския лазерен лъч, а с това представлява и съществена част от приложението на лазерите.
Резонаторните газове LASAL™ на Air Liquide са газови смеси с висока чистота, които далеч надхвърлят предписанията на производителите на лазери по отношение на допуск на смесване и хомогенност.
Резонаторните газове LASAL™ по този начин осигуряват максимална стабилност на лазерния лъч в течение на целия експлоатационен срок на лазера.
Защитни газове за лазерно заваряване на дупки/дълбочина на стопяване или заваряване чрез топлопроводност
От значение за избора на защитни газове за лазерно заваряване са мощността на лазерно лъчение, дължината на вълната на лазера, материалите, които ще се заваряват, и видът лазерно заваряване (чрез с паро-газов канал или заваряване чрез топлопроводимост).
Пригодените към материала и мощността на лазерно излъчване защитни газове оказват значително влияние върху резултата от заваряването.
Преносът на топлина от фокусното петно/точката на фокуса към повърхността и в дълбочина на детайла, както и скоростта на заваряване и разходът на защитен газ са пряко свързани с избрания защитен газ.
Дълбочината на стопяване/формата на провара, съотношението ширина-дълбочина на заваръчния шев, вида на повърхността на заваръчния шев и качеството на заваръчния шев, както и устойчивостта на процеса и производителността могат да бъдат непосредствено повлияни по съответен начин със защитните газове.
За ефективността и действието на даден защитен газ е от решаващо значение той да достига ефективно до предвидената точка за защита. Видът на подаването – тоест, дюзата за защитен газ – определя потенциала за подобряване на качеството, безопасността и производителността при лазерното заваряване.
Оптималните защитни газове за лазерно заваряване могат значително:
● да подобрят технологичния диапазон на параметрите на процеса;
● да намалят образуването на метални изпарения, дим, пушек
склонността към превръщане в плазма;
● да предпазят ефективно заваръчния шев от въздействията на заобикалящата среда.
Решението със защитни газове трябва да е пригодено към:
● вида на лазера (fiber, диодни, CO2),
● мощността на лазерно лъчение,
● дължината на вълната на лазера,
● материала и дебелината на материала,
● изискваната геометрия на провара,
● и към желаната дълбочина,
на стопяване.
Защитни газове хелий, аргон и техните смеси срещу образуването на плазма при лазерно заваряване
Йонизирането на пространството между оптичната глава и изделието (плазмообразуване) се свързва винаги с повреда. Образуването на плазма зависи от мощността на лазерно лъчение и от дължината на вълната на лазера. Колкото по-висока е мощността на лазерно лъчение, толкова е възможно по-лесно йонизиране на средата. CO2-лазерите с дължина на вълната на лазера λ=10,6 µm са по-склонни към към образуване на плазма от твърдотелните (фибро лазер, дисков лазер) и диодните лазери с тяхната дължина на вълната на лазера λ < 1,1 µm.
При CO2-лазерите, при високи мощности на лазерно лъчение се използва хелий. При твърдотелни лазери (дисков лазер, фибро лазер, диоден лазер) се използва аргон независимо от мощността на лазерно лъчение и от материала.
В сравнение с аргона, хелият има по-малък диаметър на атома и по-висока йонизираща енергия при същевременно по-малка склонност към образуване на плазма. Употребата на хелий при CO2-лазери с висока мощност осигурява по-стабилни парни канали (газо-паров канал) и предотвратява образуването на плазма. Това позволява добро редаване на лазерната енергия в детайла, а с това и по-устойчив процес.
Високата топлопроводимост на хелия освен това осигурява ефективно топлопренасяне от лазерния лъч в детайла. Вследствие на това са възможни сравнително добра дълбочина на стопяване, висока скорост на заваряване и по-добро поведение на умокряне.
Една от най-важните функции на защитните газове да предпазват ефективно стопилката в зоната на съединението от околната атмосферата.
С аргон и газови смеси (с високо съдържание на аргон) с плътност > плътността на въздуха = 1225 kg/m³, може да се постигне по-ефективна защита с по-нисък дебит на защитен газ.
Лазерни газове от Air Liquide: Защитни газове за лазери и техните предимства при лазерното заваряване
Устойчивостта на процеса и образуването на плазма могат да бъдат повлияни в значителна степен чрез състава на газа, вида на лазера и мощността на лазерно лъчение. При заваряване с мощност на лазерно лъчение 12 kW, газова смес с минимално съдържание на хелий 70% се държи също така стабилно, както чистият хелий и позволява сходни при неговата употреба дълбочини на стопяване. При мощност на лазерно лъчение от 2 kW граничното съдържание на необходимото минимално съдържание на хелий за устойчив процес е 20%. Поради увеличаващите се предизвикателства и многообразието на приложенията на лазерното съединяване, както и на материали, напр.:
- нелегирани и нисколегирани стомани,
- хром-никелови стомани,
- алуминий,
- материали на базата на никел,
- мед,
- титан, и т.н.,
са се утвърдили пригодени към материала смеси от защитни газове.
Със смесите от защитни газове LASAL 4633, LASAL 4635 и LASAL 4636 заваръчният шев се предпазва по-ефективно от нежелани атмосферни влияния, отколкото това е възможно с чист хелий като защитен газ. Същевременно те позволяват по-високо качество на заваръчния шев и и по-висока устойчивост на процеса, както и производителност.
Специално при стоманени материали съдържанията на кислород в защитния газ – независимо от източника и мощността на лазерно лъчение – могат да подобрят внасянето на енергия в детайла, както и поведението на провар и формата на заваръчния шев. Също така по-доброто обезгазяване, намалената склонност към образуване на пори и по-доброто умокряне на ръбовете на заваръчния шев са предпочитани ефекти в процесите на лазерно заваряване. По линията на шева линия се образуват по-малко и по-фини набраздяваания, при същевременно по-висока скорост на заваряване.
LASAL™ за лазерно дълбоко заваряване (чрез парогазов мехур) на стомана, алуминий и титан
С LASAL 4633, LASAL 4635 и LASAL 4636 материали с по-ниска абсорбция на металната повърхност – като например алуминий – могат да се заваряват по-лесно. Благодарение на оптимизираното проникване на лазерните лъчи в материала заваръчният процес се стабилизира и има възможност за големи дълбочини на стопяване и скорости на заваряване по цялата дължина на заваръчния шев.
Благодарение на оптимизираните защитни газове LASAL™ разходът на газ може да се намали значително, а с това и разходите за процеса.
Лазер, дюзи за защитни газове: Концепцията LASAL™ за дюзи за лазерно заваряване
Освен избора на защитен газ, голямо значение има и подаването на защитния газ. Ефективното действие на газа, респ. газовата смес зависи пряко от това, дали те достигат ефективно на предвиденото място на приложение. С дюзите LASAL™ физико-химичните свойства на защитните газове могат да се използват напълно ефективно. Това е от решаващо значение за максимално точното внасяне на енергията, устойчивостта на процеса и качеството на заваръчния шев.
Заедно защитните газове LASAL™ и дюзите LASAL™ формират оптимална комбинация за лазерно заваряване.
В металообработващата промишленост за лазерно заваряване традиционно се използват аргон и хелий като защитни газове за заваряване. В зависимост от материала, от една страна, и вида на лазера, мощността на лазерно лъчение и дължината на вълната на лазера, от друга страна, със смесите от защитни газове могат да се постигнат по-добри резултати при същевременно по-ниски разходи за процеса.
Потенциалите на оптимизираните защитни газове LASAL™ могат да се използват по най-добрия начин, ако се комбинират с пригодена система за внасяне от дюзи LASAL™, за да може сместа от защитни газове да се подава по най-добрия възможен начин в заваръчния процес.