گاز محافظ در جوشکاری لیزری: راهنمای نهایی

گاز محافظ در جوشکاری لیزری به عنوان یک مانع محافظ بین حوضچه جوش و محیط اطراف عمل می کند و از اکسید شدن و آلودگی در طول فرآیند هم جوشی جلوگیری می کند. همچنین جوی ایجاد می کند که فلز مذاب را از ناخالصی ها محافظت می کند و از جوش های تمیز و قوی اطمینان حاصل می کند.  در دیبولیزر ، دستگاه های برش لیزری ، قیمت دستگاه جوش لیزری ، قیمت دستگاه جوش لیزری پرتابل ، قیمت دستگاه جوش لیزری دستی و قیمت دستگاه لیزر زنگ زدایی ما مقرون به صرفه هستند و برای ارتقای فرآیند تولید مشاغلی مانند شما ساخته شده اند.

اما گاز محافظ دقیقا چه تاثیری بر کیفیت جوش های لیزری دارد؟ نقش کلیدی آن در حفاظت از حوضچه جوش چیست؟ و در انتخاب گاز محافظ مناسب برای کاربردهای مختلف چه فاکتورهایی را باید در نظر گرفت؟ در این راهنمای نهایی، ما به تمام این سؤالات و موارد دیگر می پردازیم و بینش های ارزشمندی را برای بهینه سازی فرآیندهای جوشکاری لیزری به شما ارائه می دهیم.

گاز جوش لیزری

گاز جوش لیزری به گازهایی اطلاق می‌ شود که همراه با جوشکاری‌ هایی مانند جوشکاری لیزری یا جوشکاری قوس فلزی گاز برای اطمینان از جوش‌ های تمیز و دقیق استفاده می‌ شوند. هدف اصلی این گاز ها محافظت از فلز مذاب در برابر اکسیژن و سایر عناصر فعال موجود در محیط اطراف است.

با جابجایی این آلاینده ها، گاز محافظ در جوشکاری لیزری به حفظ قوس پایدار کمک می کنند و از تخلخل، پاشش یا نقص در جوش نهایی جلوگیری می کنند. انواع مختلفی از گاز ها معمولاً به عنوان گازهای محافظ در فرآیندهای جوشکاری لیزری استفاده می شوند:

1. گاز کمکی (MDE) : گاز MDE اغلب به عنوان گاز کمکی برای آلیاژهای مبتنی بر آلومینیوم استفاده می شود. این به بهبود نفوذ جوش کمک می کند و خطر ترک خوردگی داغ را کاهش می دهد.
2. گاز محافظ : آرگون رایج ترین گاز محافظ در جوشکاری لیزری است. طبیعت بی اثر و رسانایی حرارتی بالا آن را برای طیف وسیعی از کاربردها، از جمله فولادهای زنگ نزن آستنیتی، فولادهای کربنی و تیتانیوم ایده آل کرده است.
3. گاز جت : گاز جت، مانند نیتروژن یا هلیوم، گاهی اوقات در ترکیب با آرگون برای افزایش پایداری پرتو لیزر و بهبود کیفیت جوش استفاده می شود.

گاز محافظ چیست؟

گاز محافظ در جوشکاری لیزری یک جزء حیاتی است که برای محافظت از ناحیه جوش در برابر آلودگی جوی استفاده می شود. پرتو لیزر با شدت بالا که در این نوع جوشکاری استفاده می شود، مقدار قابل توجهی گرما ایجاد می کند و یک حوضچه مذاب از فلز ایجاد می کند.

بدون گاز محافظ، فلز داغ نسبت به اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن موجود در هوا بسیار واکنش نشان می دهد که منجر به انواع عیوب جوش مانند تخلخل ، اکسیداسیون یا ضعیف شدن اتصال جوش می شود.

گاز محافظ در جوشکاری لیزری، اغلب یک گاز خنثی یا گاز نیمه خنثی است، یک سد محافظ در اطراف ناحیه جوش ایجاد می کند، هوای اطراف را جابجا می کند و به طور موثر حوضچه جوش را از جو محافظت می کند تا زمانی که فلز مذاب جامد شود. این از اکسیداسیون جلوگیری می کند و تضمین می کند که فلز مذاب تمیز و عاری از ناخالصی ها باقی بماند.

اثرات گاز محافظ در جوشکاری لیزری

گاز محافظ نقش بسیار مهمی در فرآیند جوشکاری دارد. بیایید نگاهی به تاثیر آن بر فرآیند جوشکاری لیزر بیاندازیم.

اثرات مثبت:

انتخاب گاز محافظ در جوشکاری لیزری نقش مهمی در تعیین کیفیت و خواص جوش دارد. انواع مختلف گازهای محافظ می توانند اثرات مثبت مختلفی بر فرآیند جوشکاری داشته باشند.

1. عمق نفوذ و شکل مهره: ترکیب گاز محافظ می تواند بر میزان نفوذ پرتو لیزر به داخل ماده و نحوه تشکیل فلز مذاب در طول انجماد تأثیر بگذارد. با انتخاب یک گاز محافظ مناسب، جوشکاران می‌توانند با دستگاه‌های جوش لیزری و تجهیزات جوش لیزری به نتایج مطلوب دست یابند و از عمق نفوذ و شکل مهره‌ای مطلوب برای ورق فلز اطمینان حاصل کنند.
2. محافظت از حوضچه جوش در برابر آلودگی جوی: هنگامی که پرتو لیزر با مواد در تعامل است، دمای بالایی ایجاد می کند که می تواند باعث اکسیداسیون یا واکنش های دیگر با عناصر موجود در هوا شود. گازهای محافظ به عنوان یک مانع عمل می کنند و از این فعل و انفعالات ناخواسته جلوگیری می کنند و محیطی تمیز را برای جوشکاری تضمین می کنند.
3. کاهش پاشش: انرژی یونیزاسیون گازهای مختلف نیز بر اثر بخشی آن ها به عنوان عوامل محافظ تأثیر می گذارد. گازهایی که انرژی یونیزاسیون پایینی دارند، با قرار گرفتن در معرض پرتوهای لیزر پرانرژی بیشتر یونیزه می شوند و پلاسما تشکیل می دهند. این پلاسما به حفظ قوس پایدار در حین جوشکاری کمک می‌کند، کنترل گرمای ورودی را بهبود می‌ بخشد و پاشش را کاهش می‌ دهد.

اثرات منفی:

در حالی که استفاده از گازهای محافظ در جوشکاری لیزر مزایای متعددی دارد، ضروری است که اثرات منفی بالقوه را نیز در نظر بگیریم.

1. استفاده نادرست از گاز محافظ ممکن است باعث تغییر شکل شود. اتکای بیش از حد به گازهای محافظ ممکن است در صورت عدم استفاده صحیح یا عدم حفاظت کافی در حین جوشکاری منجر به نقص سطح شود. جوشکار ها باید عواملی مانند سرعت جریان گاز، طراحی نازل و فاصله بین نوک نازل و سطح قطعه کار را به دقت متعادل کنند تا از پوشش مناسب بدون ایجاد مشکلاتی مانند تخلخل یا عدم ذوب اطمینان حاصل کنند.
2. انتخاب نوع ضربه اشتباه می تواند اثرات نامطلوبی داشته باشد. شایان ذکر است که مواد مختلف ممکن است به انواع خاصی از گازهای محافظ واکنش متفاوتی نشان دهند. به عنوان مثال، گاز های خاصی ممکن است برای جوشکاری فولاد ضد زنگ مناسب تر باشند، در حالی که برخی دیگر برای جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم یا فولاد کربنی مناسب تر هستند. جوشکارها باید مواد مورد جوش را در نظر بگیرند و گاز محافظی را انتخاب کنند که خواص آن را تکمیل کند تا با تجهیزات جوش لیزری به نتایج مطلوب دست یابند.

انواع گاز محافظ در جوشکاری لیزری

در جوشکاری لیزری برای محافظت از حوضچه جوش و جلوگیری از اکسید شدن از انواع گازهای محافظ استفاده می شود. این گازها را می توان بر اساس خواص و ترکیباتشان به دسته های مختلفی طبقه بندی کرد. بیایید نگاهی دقیق تر به انواع مختلف گازهای محافظ که معمولاً در جوشکاری لیزری استفاده می شود، بیندازیم.

1. آرگون

آرگون یکی از پرکاربردترین گازهای محافظ در جوشکاری لیزری است. سرکوب پلاسما را ارائه می دهد، از جرقه های ناخواسته جلوگیری می کند و قوس جوش پایدار را تضمین می کند.

آرگون محافظت موثری در برابر اکسیداسیون در طول فرآیند جوشکاری ایجاد می کند. خواص بی اثر آن را برای طیف گسترده ای از مواد از جمله فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و تیتانیوم مناسب می کند. به این دلایل، آرگون معمولا به عنوان یک گاز محافظ معمولی استفاده می شود.

2. هلیوم

هلیوم یکی دیگر از گزینه های محبوب به عنوان گاز محافظ در جوشکاری لیزری است. در مقایسه با آرگون دارای قابلیت انتقال حرارت عالی است که آن را برای کاربردهای لیزری با قدرت بالا ایده آل می کند. هلیوم همچنین سرکوب پلاسما خوبی را فراهم می کند و به جلوگیری از اکسیداسیون در طول فرآیند جوشکاری کمک می کند.

3. نیتروژن

نیتروژن اغلب به عنوان جایگزینی برای آرگون یا هلیوم در کاربردهای خاص جوش لیزری استفاده می شود. در حالی که ممکن است سطح سرکوب پلاسما مشابه آرگون یا هلیوم را نداشته باشد، نیتروژن مقرون به صرفه و به راحتی در دسترس است. هم با لیزرهای پر قدرت و هم با لیزرهای کم توان قابل استفاده است.

4. دی اکسید کربن (CO2)

دی اکسید کربن معمولاً به عنوان یک گاز محافظ در لیزرهای CO2 استفاده می شود، اما می تواند در انواع دیگر جوشکاری لیزر نیز استفاده شود. دی اکسید کربن سرعت، نفوذ و خواص مکانیکی جوش را بهبود می بخشد. سرکوب پلاسما خوبی را ارائه می دهد و به جلوگیری از اکسیداسیون در طول فرآیند جوشکاری کمک می کند. CO2 اغلب برای جوشکاری مواد ضخیم تر به دلیل قابلیت انتقال حرارت بالا استفاده می شود .

5. اکسیژن

در حالی که اکسیژن به طور کلی به عنوان یک گاز محافظ اولیه استفاده نمی شود، می توان آن را در مقادیر کم برای بهبود فرآیند جوشکاری لیزر اضافه کرد. اکسیژن به دستیابی به چگالی انرژی بالاتر و سرعت برش سریع تر کمک می کند. با این حال، سطوح بیش از حد اکسیژن می تواند منجر به افزایش اکسیداسیون و مشکلات بالقوه کیفیت شود.

با درک ویژگی های گازهای محافظ مختلف، می توانید تصمیمی آگاهانه در مورد اینکه کدام یک را برای کاربردهای جوش لیزری خود استفاده کنید، بگیرید. هنگام انتخاب گاز محافظ در جوشکاری لیزری، عواملی مانند سرکوب پلاسما، جلوگیری از اکسیداسیون، هزینه نسبی، مزایا و محدودیت ها را در نظر بگیرید.

روش های انتقال گاز محافظ در جوشکاری لیزری

در فرآیند پیچیده جوشکاری لیزری، روش تحویل گاز محافظ برای اطمینان از یکپارچگی و استحکام جوش بسیار مهم است. در درجه اول دو روش در کاربرد گاز محافظ استفاده می شود.

روش دمیدن جانبی

این رویکرد شامل تحویل جانبی گاز محافظ به ناحیه جوش است. گاز در سراسر سطح قطعه کار هدایت می شود و پوششی ایجاد می کند که هوای اتمسفر را جابجا می کند و در نتیجه از آلودگی حوضچه جوش جلوگیری می کند.

روش دمیدن جانبی به ویژه در شرایطی که جوش در یک خط مستقیم انجام می‌شود یا سطوح وسیعی درگیر می‌شود، سودمند است و پوشش و حفاظت کارآمدی را فراهم می‌کند. با این حال، اثر بخشی محافظ ممکن است به دلیل پتانسیل پراکندگی گاز، به ویژه در محیط هایی با حرکت هوا یا پیش نویس ناسازگار باشد.

روش محافظ کواکسیال

برای کاربردهایی که نیاز به دقت و سازگاری دارند، اغلب روش کواکسیال ترجیح داده می شود. در این جا، گاز محافظ از طریق مرکز سر جوش لیزری تامین می شود و با پرتو لیزر مستقیماً به ناحیه جوش هدایت می شود. این یک جریان گاز ثابت و یک جو پایدار در اطراف ناحیه جوش دقیق را تضمین می کند که برای کارهای با دقت بالا ضروری است.

حفاظ کواکسیال به ویژه در از بین بردن اثرات هوای اطراف موثر است و کمتر در معرض تداخلات محیطی است و آن را برای جوشکاری های پیچیده یا مقیاس کوچک تر مناسب می کند.

هر دو روش مستلزم تنظیم مناسب نرخ جریان گاز هستند و اطمینان حاصل می شود که مقدار مناسبی از گاز محافظ آزاد می شود تا به طور موثر از ناحیه جوش بدون پراکندگی یا ضایعات بیش از حد محافظت شود.

انتخاب بین دمیدن جانبی و محافظ کواکسیال به الزامات خاص پروژه، ویژگی‌های جوش و شرایط محیطی بستگی دارد که همگی بر کیفیت کلی فرآیند جوشکاری تأثیر می‌گذارند.

تنظیم ورودی گاز محافظ و خروجی حرارت

در جوشکاری لیزری، تنظیم ورودی گاز محافظ و خروجی حرارت نقش مهمی در دستیابی به کیفیت و بازده جوش بهینه دارد. بیایید به عواملی بپردازیم که بر الزامات تنظیم برای ورودی گاز محافظ در جوشکاری لیزری تأثیر می‌ گذارند و تکنیک‌ هایی را برای بهینه‌ سازی خروجی گرما از طریق کنترل ناحیه محافظت شده بررسی می‌کنیم.

1. عوامل موثر بر تنظیم برای ورودی گاز محافظ

منبع گرمایی مورد استفاده در فرآیند پرتوهای لیزر با چگالی توان بالا به سرعت جریان بالاتری از گاز محافظ نیاز دارند تا از محافظت مناسب فلز مذاب در برابر آلودگی جوی اطمینان حاصل شود.

• هدایت حرارتی: مواد مختلف دارای رسانایی حرارتی متفاوتی هستند که بر میزان کارآمدی آنها در دفع گرما تأثیر می گذارد. برای موادی با رسانایی حرارتی کم، مانند فولاد ضد زنگ یا تیتانیوم، سرعت جریان بالاتر گاز محافظ ممکن است برای جبران کاهش توانایی آنها برای انتقال گرما به دور از ناحیه جوش ضروری باشد.
• نوع نازل: اندازه نازل بر جریان گاز و منطقه تحت پوشش تأثیر می گذارد، با نازل های بزرگتر پوشش گسترده تر اما به طور بالقوه دقت کمتری را امکان پذیر می کند.

2. خروجی گرما را از طریق کنترل روی ناحیه محافظت شده بهینه کنید

• استفاده از دستگاه پرده های هوا: این دستگاه در اطراف محل جوش، یک محیط بی اثر را حفظ می کند و در عین حال گرمای ناحیه جوش را حفظ می کند و آلودگی ها را دور نگه می دارد.
• تنظیم توان لیزری: تعدیل توان خروجی لیزر به مدیریت گرمای ورودی کمک می کند که برای مواد حساس به حرارت بسیار مهم است.

3. متعادل کردن حرارت و تنظیمات محافظ

برای دستیابی به ویژگی های جوش بهینه در حین متعادل کردن گرمای ورودی، انجام تنظیمات مناسب در ناحیه محافظ بسیار مهم است.

هنگامی که هدف نفوذ عمیق تر است، کاهش ناحیه محافظت شده انرژی بیشتری را در یک منطقه کوچک تر متمرکز می کند و در نتیجه گرمای ورودی افزایش می یابد. برعکس، افزایش ناحیه محافظت شده انرژی را در یک منطقه بزرگ تر پخش می کند، گرمای ورودی را کاهش می دهد و نفوذ کم عمق را افزایش می دهد.

توجه به این نکته مهم است که یافتن تعادل مناسب ممکن است نیاز به آزمایش و تنظیم دقیق بر اساس الزامات خاص جوشکاری و خواص مواد داشته باشد. تجهیزات جوش اغلب شامل سیستم‌ های کنترلی است که به اپراتورها اجازه می‌ دهد تا پارامترهایی مانند سرعت جریان گاز و اندازه نازل را به راحتی تنظیم کنند.

اثرات گاز محافظ بر مورفولوژی جوش

انتخاب گاز محافظ نقش مهمی در تعیین ظاهر و ساختار جوش دارد. گازهای محافظ مختلف اثرات متفاوتی بر مورفولوژی جوش دارند. درک این که چگونه ترکیب گاز محافظ بر مورفولوژی جوش تاثیر می گذارد برای دستیابی به جوش های با کیفیت بالا ضروری است.

تأثیر بر عرض و عمق مهره جوش

انتخاب گاز محافظ می تواند به طور قابل توجهی بر عرض و عمق مهره جوش تأثیر بگذارد.

برخی از گازها تمایل به تولید دانه های پهن تری نسبت به سایرین دارند. زیرا این گازها دارای رسانایی حرارتی و پتانسیل یونیزاسیون متفاوتی هستند که بر انتقال حرارت در حین جوشکاری تأثیر می گذارد.

• آرگون یا هلیوم: این گازها رسانایی حرارتی بالاتری دارند و به دلیل توانایی آن ها در دفع موثر گرما، دانه های پهن تری ایجاد می کنند.
• نیتروژن یا دی اکسید کربن: این گازها رسانایی حرارتی کمتری دارند و به دلیل اتلاف گرما کارآمدتر، دانه های باریک تری دارند.

عمق مهره جوش نیز تحت تأثیر ترکیب گاز محافظ است. گازهای با پتانسیل یونیزاسیون بالاتر، مانند آرگون یا هلیوم، تمایل به ایجاد نفوذ عمیق تری به فلز پایه دارند. از سوی دیگر، گازهایی با پتانسیل یونیزاسیون کمتر مانند نیتروژن یا دی اکسید کربن ممکن است منجر به نفوذ کم عمق شوند.

ملاحظات کلی مورفولوژی

ترکیب گاز محافظ نه تنها بر عرض و عمق مهره تأثیر می گذارد، بلکه بر جنبه های مختلف مورفولوژی کلی جوش نیز تأثیر می گذارد. در این جا برخی از ملاحظات کلیدی وجود دارد:

1. شکل مهره: گازهای محافظ مختلف می توانند منجر به تغییراتی در شکل مهره شوند که از مقعر (منحنی به داخل) تا محدب (خمیده به بیرون) متغیر است. انتخاب گاز محافظ بستگی به زیبایی شناسی و الزامات عملکردی مورد نظر دارد.
2. تشکیل پاشش: گازهای محافظ در به حداقل رساندن تشکیل پاشش در حین جوشکاری نقش دارند. برخی از گازها نسبت به سایرین در کاهش پاشش موثرتر هستند.
3. تخلخل: وجود گاز محافظ به جلوگیری از ایجاد تخلخل، که حفره های کوچک یا حفره های گاز در داخل جوش هستند، کمک می کند. انتخاب مناسب گاز محافظ می تواند تخلخل را به حداقل برساند و کیفیت جوش را بهبود بخشد.
4. اکسیداسیون: گازهای محافظ به عنوان یک مانع بین جوش و اکسیژن اتمسفر عمل می کنند و از اکسیداسیون بیش از حد که می تواند اتصال جوش را ضعیف کند، جلوگیری می کند.
5. پایداری حوضچه جوش: ترکیب گاز محافظ بر پایداری حوضچه جوش مذاب تأثیر می گذارد و از تشکیل مهره های صاف و سازگار اطمینان می دهد.

درک این عوامل به جوشکاران اجازه می دهد تا تصمیمات آگاهانه ای در مورد انتخاب گاز محافظ بر اساس الزامات جوشکاری خاص بگیرند.

چگونه گاز محافظ در جوشکاری لیزری را انتخاب کنیم؟

انتخاب مناسب ترین گاز محافظ برای جوشکاری لیزری مستلزم درک مواد جوش داده شده و نتیجه مطلوب جوش است.

مواد را شناسایی کنید: مواد مختلف با گازهای محافظ مختلف واکنش متفاوتی دارند. به عنوان مثال، هنگام جوشکاری فولاد کربن، یک ماده رایج در محیط های صنعتی، آرگون به دلیل خواص بی اثر آن که از هر گونه واکنش شیمیایی در طول فرآیند جوشکاری جلوگیری می کند، اغلب استفاده می شود.

ویژگی های جوش مورد نظر: اگر به دنبال یک جوش بسیار زیبا بر روی فولاد ضد زنگ با حداقل اکسیداسیون هستید، ممکن است گاز آرگون با خلوص بالا را انتخاب کنید. ماهیت بی اثر آن جوش تمیز را تضمین می کند و از آلودگی و تغییر رنگ جلوگیری می کند.

سازگاری با دستگاه جوش لیزری: مشخصات دستگاه جوش لیزری خود را بررسی کنید. فرض کنید دستگاه شما برای جوشکاری با سرعت بالا بهینه شده است. هلیوم ممکن است توصیه شود. هلیوم، با هدایت حرارتی بالاتر، از سرعت های جوشکاری سریع تر پشتیبانی می کند، به ویژه برای مواد ضخیم مفید است.

با دنبال کردن این مراحل، می توانید تصمیمی آگاهانه بگیرید که کیفیت جوش های خود را تضمین می کند و در عین حال کارایی هزینه و عملی بودن عملیات را حفظ می کند.

نتیجه گیری

در این راهنما، ما به نقش حیاتی گاز محافظ در جوشکاری لیزری پرداخته ایم، انواع مختلف، اثرات آن ها و تکنیک های تحویل و تنظیم بهینه را برجسته می کنیم. اکنون، با داشتن این بینش، نوبت شماست که آن را اعمال کنید. گازهای مختلف را آزمایش کنید، تأثیرات آن ها را یادداشت کنید و برای تعادل گاز محافظ و حرارت ایده آل تلاش کنید.