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激光焊接保护气体

来源:本站 时间:2023-05-25 19:49:01 浏览:126


一、激光焊接时为什么需要保护气体

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1、可保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射,保护气体可以保护激光焊接机聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射,特别在高功率焊接时,由于其喷出物变得非常有力,此时保护透镜则更为必要。

2、保护气体对驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽很金属蒸气吸收激光束电离成等离子云,金属蒸气周围的保护气体也会因受热而电离。如果等离子体存在过多,激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面,使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率,以降低等离子体中的电子密度。中性原子越轻,碰撞频率越高,复合速率越高;另一方面,只有电离能高的保护气体,才不致因气体本身的电离而增加电子密度。

3、保护气体可使工件在焊接过程中免受氧化,激光焊接机必须使用一种气体进行保护,而且程序要设定成先出保护气体再出激光的方式,防止在连续加工时,脉冲激光出现氧化的现象。

二、保护气体的作用

在激光焊接中,保护气体会影响焊缝成型、焊缝质量、焊缝熔深及熔宽,极大多数情况下,吹入保护气体会对焊缝产生积极的影响作用,但是也可能会带来不利的作用。

 积极作用

1、正确的吹入保护气体会有效保护焊缝熔池减少甚至避免被氧化;

2、正确的吹入保护气体可以有效减小焊接过程中产生的飞溅;

3、正确的吹入保护气体可以促使焊缝熔池凝固时均匀铺展,使得焊缝成型均匀美观;

4、正确的吹入保护气体可以有效减小金属蒸汽羽或者等离子云对激光的屏蔽作用,增大激光的有效利用率;

5、正确的吹入保护气体可以有效减少焊缝气孔。

6、只要气体种类、气体流量、吹入方式选择正确,完全可以获得理想的效果。但是,不正确的保护气体使用方式也会给焊接带来不利的影响。

不利影响

1、不正确的吹入保护气体可能会导致焊缝变差;

2、选择错误的气体种类可能会导致焊缝产生裂纹,也可能会导致焊缝力学性能降低;

3、选择错误的气体吹入流量可能会导致焊缝氧化更严重(无论是流量过大还是过小),也可能导致焊缝熔池金属被外力干扰严重造成焊缝塌陷或者成型不均匀;

4、选择错误的气体吹入方式会导致焊缝达不到保护效果甚至基本无保护效果或者对焊缝成型产生消极影响;

5、吹入保护气体会对焊缝熔深产生一定影响,尤其的是薄板焊接时,会减小焊缝熔深。

三、保护气体的种类

常用的激光焊接保护气体主要有N2(氮气)Ar氩气He氦气,其物化性质各有差异,也因此对焊缝的作用效果也各不相同。

 1、N2的电离能适中,比Ar的高,比He的低,在激光作用下电离程度一般,可以较好的减小等离子体云的形成,从而增大激光的有效利用率。氮在一定温度下可以与铝合金、碳钢发生化学反应,产生氮化物,会提高焊缝脆性,韧性降低,对焊缝接头的力学性能会产生较大的不利影响,所以不建议使用氮气对铝合金和碳钢焊缝进行保护。而氮与不锈钢发生化学反应产生的氮化物可以提高焊缝接头的强度,会有利于焊缝的力学性能提高,所以在焊接不锈钢时可以使用氮气作为保护气体。

2、Ar的电离能相对**,在激光作用下电离程度较高,不利于控制等离子体云的形成,会对激光的有效利用率产生一定的影响,但是Ar活性非常低,很难与常见金属发生化学反应,而且Ar成本不高,除此之外,Ar的密度较大,有利于下沉至焊缝熔池上方,可以更好的保护焊缝熔池,因此可以作为常规保护气体使用。

3、He的电离能**,在激光作用下电离程度很低,可以很好的控制等离子体云的形成,激光可以很好的作用于金属,而且He活性非常低,基本不与金属发生化学反应,是很好的焊缝保护气体,但是He的成本太高,一般大批量生产型产品不会使用该气体,He一般用于科学研究或者附加值非常高的产品。

 

.保护气体的吹入方式、选择原则以及举例说明

1、保护气体的吹入方式目前主要有两种:一种是旁轴侧吹保护气体,如图1所示;另一种是同轴保护气体,如图2所示。

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2、吹入方式选择原则首先需要明确的是,所谓的焊缝被“氧化”仅是一种俗称,理论上是指焊缝与空气中有害成分发生化学反应导致焊缝质量变差,常见是焊缝金属在一定温度下与空气中的氧、氮、氢等发生化学反应。防止焊缝被“氧化”就是减少或者避免这类有害成分与高温状态下的焊缝金属接触,这种高温状态不仅仅是熔化的熔池金属,而是从焊缝金属被熔化时一直到熔池金属凝固并且其温度降低至一定温度以下整个时间段过程。

3、举例:比如说钛合金焊接,当温度在300℃以上时能快速吸氢,450℃以上时能快速吸氧,600℃以上时能快速吸氮,所以钛合金焊缝在凝固后并且温度降低至300℃以下这个阶段内均需受到有效的保护效果,否则就会被“氧化”。

4、从上述描述不难明白,吹入的保护气体不仅仅需要适时对焊缝熔池进行保护,还需要对已经焊接过的刚刚凝固的区域进行保护,所以一般均采用图1所示的旁轴侧吹保护气体,因为这种方式的保护方式相对于图2中的同轴保护方式的保护范围更广泛,尤其是对焊缝刚刚凝固的区域有较好的保护。

5、旁轴侧吹对于工程应用来说,不是所有的产品都能够采用旁轴侧吹保护气体的方式,对于某些具体的产品,只能采用同轴保护气体,具体需要从产品结构以及接头形式进行有针对性的选择。

 

五、保护气体的选择及成本

1、空气成分按体积分数计算是:氮气(N2)约占78.1%,氧气(O2)约占20.9%,稀有气体约占0.939%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)约占0.031%,还有其他气体和杂质约占0.03%,如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸气(H2O)等。

2、空气中含N2(氮气)成份**,并且通过技术方法提高含氮纯度也是最有效的解决方案。

 

六、制氮流程

1、洁净的压缩空气从制氮机入口进入制氮机,由进气阀导入左侧或者右侧一排吸附系统。

2、通过进气阀,压缩空气进入一侧分气缸盖中。

3、压缩空气穿过碳分子筛时,氧气和其他微量气体优先被吸附,氮气则直接通过。

4、氮气随后通过吸附筒内部的集成过滤层进入出口分气缸盖,然后从排气阀排出。

5、氮气持续进入缓冲罐和缓冲罐过滤器,然后返回制氨机进行纯度检测,流量和纯度调节。

 

七、制氮所需设备

1、空压机;2、湿储气罐;3、预过滤(气水分离器);4、预过滤(1微米&0.01微米);5、吸附式干燥器;6、除尘过滤器(1微米);7、缓冲罐;8、阀门;9、制氮机;10、除尘过滤器(1微米);11、氮气出口

 

八、案例图示

 

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