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激光焊接加工激光焊接技術有哪些保護氣體?


?激光焊接加工激光焊接技術有哪些保護氣體?激光焊接過程常使用惰性氣體來保護熔池,當某些材料焊接可不計較表面氧化時則也可不考慮保護,但對大多數應用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護,使工件在焊接過程中免受氧化。
?激光焊接加工
氦氣不易電離(電離能量較高),可讓激光順利通過,光束能量不受阻礙地直達工件表面。這是激光焊接時使用最有效的保護氣體,但價格比較貴。

氬氣比較便宜,密度較大,所以保護效果較好。但它易受高溫金屬等離子體電離,結果屏蔽了部分光束射向工件,減少了焊接的有效激光功率,也損害焊接速度與熔深。使用氬氣保護的焊件表面要比使用氦氣保護時來得光滑。

氮氣作為保護氣體最便宜,但對某些類型不銹鋼焊接時并不適用,主要是由于冶金學方面問題,如吸收,有時會在搭接區產生氣孔。

使用保護氣體的第二個作用是保護聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。特別在高功率激光焊接時,由于其噴出物變得非常有力,此時保護透鏡則更為必要。

保護氣體的第三個作用是對驅散高功率激光焊接產生的等離子屏蔽很有效。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云,金屬蒸氣周圍的保護氣體也會因受熱而電離。

如果等離子體存在過多,激光束在某種程度上被等離子體消耗。等離子體作為第二種能量存在于工作表面,使得熔深變淺、焊接熔池表面變寬。

通過增加電子與離子和中性原子三體碰撞來增加電子的復合速率,以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕,碰撞頻率越高,復合速率越高;另一方面,只有電離能高的保護氣體,才不致因氣體本身的電離而增加電子密度。

表  常用氣體和金屬的原子(分子)量和電離能

材料 氦 氬 氮 鋁 鎂 鐵

原子(分子)量 4 40 28 27 24 56

電離能(eV) 24.46 15.68 14.5 5.96 7.61 7.83

從表可知,等離子體云尺寸與采用的保護氣體不同而變化,氦氣最小,氮氣次之,使用氬氣時最大。等離子體尺寸越大,熔深則越淺。造成這種差別的原因首先由于氣體分子的電離程度不同,另外也由于保護氣體不同密度引起金屬蒸氣擴散差別。

氦氣電離最小,密度最小,它能很快地驅除從金屬熔池產生的上升的金屬蒸氣。所以用氦作保護氣體,可最大程度地抑制等離子體,從而增加熔深,提高焊接速度;由于質輕而能逸出,不易造成氣孔。當然,從我們實際焊接的效果看,用氬氣保護的效果還不錯。

等離子云對熔深的影響在低焊接速度區最為明顯。當焊接速度提高時,它的影響就會減弱。

保護氣體是通過噴嘴口以一定的壓力射出到達工件表面的,噴嘴的流體力學形狀和出口的直徑大小十分重要。它必須以足夠大以驅使噴出的保護氣體覆蓋焊接表面,但為了有效保護透鏡,阻止金屬蒸氣污染或金屬飛濺損傷透鏡,噴口大小也要加以限制。流量也要加以控制,否則保護氣的層流變成紊流,大氣卷入熔池,最終形成氣孔。

為了提高保護效果,還可用附加的側向吹氣的方式,即通過一較小直徑的噴管將保護氣體以一定的角度直接射入深熔焊接的小孔。保護氣體不僅抑制了工件表面的等離子體云,而且對孔內的等離子體及小孔的形成施加影響,熔深進一步增大,獲得深寬比較為理想的焊縫。但是,此種方法要求精確控制氣流量大小、方向,否則容易產生紊流而破壞熔池,導致焊接過程難以穩定。
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