01
Forord
På grunn av sin høye energitetthet, lave varmetilførsel og ikke-kontakt-natur, har lasersveiseteknologi dukket opp som en av kjerneprosessene i moderne presisjonsproduksjon. Problemer som oksidasjon, porøsitet og elementær forbrenning-av-som følge av kontakten mellom sveisebassenget og atmosfæren under sveiseprosessen-begrenser imidlertid de mekaniske egenskapene og levetiden til sveisesømmene. Som det kritiske mediet for å kontrollere sveisemiljøet, må valget av beskyttelsesgasstype, strømningshastighet og leveringsmetode kobles nøye med de spesifikke materialegenskapene (som kjemisk reaktivitet og termisk ledningsevne) og tykkelsen på arbeidsstykket.
Laser- og elektronstrålebehandling
02
Typer beskyttelsesgasser
Den primære funksjonen til en dekkgass er å isolere oksygen, regulere sveisebassengets oppførsel og forbedre energikoblingseffektiviteten. Basert på deres kjemiske egenskaper kan beskyttelsesgasser bredt klassifiseres i inerte gasser (som argon og helium) og aktive gasser (som nitrogen og karbondioksid). Inerte gasser har høy kjemisk stabilitet, som effektivt forhindrer oksidasjon av sveisebassenget; Imidlertid kan betydelige forskjeller i deres termofysiske egenskaper ha stor innvirkning på sveiseresultatet. For eksempel har argon (Ar) en høy tetthet (1,784 kg/m³), som gjør at den kan danne et stabilt beskyttende teppe over sveisebassenget; omvendt resulterer dens lave varmeledningsevne (0,0177 W/m·K) i langsommere kjøling av sveisebassenget og grunnere penetrasjonsdybde. I motsetning til dette, utviser helium (He) en termisk ledningsevne omtrent åtte ganger den for argon (0,1513 W/m·K), og akselererer derved avkjøling av sveisebassenget og øker penetrasjonsdybden; Imidlertid gjør dens lave tetthet (0,1785 kg/m³) den utsatt for rask spredning, noe som krever høyere strømningshastigheter for å opprettholde effektiv skjerming. Aktive gasser-som nitrogen (N₂)-kan i visse applikasjoner forbedre sveisesømstyrken gjennom solid-løsningsforsterkning; overdreven bruk kan imidlertid føre til porøsitet eller utfelling av sprø faser. For eksempel, når du sveiser dupleks rustfritt stål, kan oppløsningen av nitrogen i sveisebassenget forstyrre ferritt{13}}austenittfasebalansen, noe som resulterer i en reduksjon i korrosjonsmotstanden.
Fra perspektivet til prosessmekanismer, undertrykker heliums høye ioniseringsenergi (24,6 eV) plasmaskjermingseffekten og forbedrer laserenergiabsorpsjonen, og øker derved penetrasjonsdybden. Omvendt har argons lave ioniseringsenergi (15,8 eV) en tendens til å generere en plasmasky, noe som krever bruk av teknikker som defokusering eller pulsmodulasjon for å dempe interferens. Videre kan kjemiske reaksjoner mellom aktive beskyttelsesgasser og det smeltede bassenget-som dannelse av nitrider gjennom reaksjonen av nitrogen med krom i stål- endre sveisesammensetningen; derfor må valget av beskyttelsesgass gjøres med forsiktighet, under hensyntagen til de spesifikke materialegenskapene.
**Eksempler på materialer:**
• **Stål:** Ved sveising av tynne plater (<3 mm), argon ensures a high-quality surface finish; for instance, the oxide layer thickness on a weld in 1.5 mm low-carbon steel is merely 0.5 μm. For thick plates (>10 mm), men en liten tilsetning av helium (He) er nødvendig for å øke inntrengningsdybden.
• **Rustfritt stål:** Argon-skjerming forhindrer uttømming av krominnhold (Cr); i en sveis på 3 mm tykt 304 rustfritt stål når Cr-innholdet 18,2 % (nærmer seg grunnmetallets 18,5 %). Dupleks rustfritt stål krever derimot en Ar-N₂-blanding (med N₂ mindre enn eller lik 5%) for å opprettholde et balansert faseforhold. Studier indikerer at ved sveising av 8 mm tykt 2205 dupleks rustfritt stål ved bruk av en Ar-2%N₂-blanding, stabiliserer faseforholdet ferritt-til-austenitt på 48:52, noe som gir en strekkstyrke på 780 MPa-superior enn det som oppnås med 720 MPa-skjolding.
• **Aluminiumslegeringer:** *Tynne plater (<3 mm):* The high reflectivity of aluminum alloys results in low energy absorption; helium, with its high ionization energy (24.6 eV), helps stabilize the plasma. Research shows that when welding 2 mm thick 6061 aluminum alloy under helium shielding, the penetration depth reaches 1.8 mm-a 25% increase compared to argon shielding-while porosity remains below 1%. *Thick Plates (>5 mm):* Sveising av tykke aluminiumsplater krever høy energitilførsel; en helium-argonblanding (He:Ar=3:1) tilbyr en balanse mellom å oppnå tilstrekkelig penetrasjonsdybde og å håndtere kostnadene. For eksempel, ved sveising av 8 mm tykke 5083 plater, resulterer skjerming med denne blandingen i en penetrasjonsdybde på 6,2 mm-en 35 % forbedring i forhold til ren argon-samtidig som sveisekostnadene reduseres med 20 %.
