不正确的保護氣體使用方式會給焊接帶來不利的影響。
不利影響如下:
1
不正确的吹入保護氣體可能會導緻焊縫變差:
2
選擇錯誤的氣體種類可能會導緻焊縫産生裂紋,也可能會導緻焊縫力學性能降低;
3
選擇錯誤的氣體吹入流量可能會導緻焊縫氧化更嚴重(無論是流量過大還是過小),也可能導緻焊縫熔池金屬被外力幹擾嚴重造成焊縫塌陷或者成型不均勻;
4
選擇錯誤的氣體吹入方式會導緻焊縫達不到保護效果甚至基本無保護效果或者對焊縫成型産生消極影響;
5
吹入保護氣體會對焊縫熔深産生一定影響,尤其的是薄闆焊接時,會減小焊縫熔深。
保護氣體的種類
常用的雷射焊接保護氣體主要有N2、Ar、He,其物化性質各有差異,也是以對焊縫的作用效果也各不相同。
1氮氣N2
N2的電離能适中,比Ar的高,比He的低,在雷射作用下電離程度一般,可以較好的減小等離子體雲的形成,進而增大雷射的有效使用率。
氮在一定溫度下可以與鋁合金、碳鋼發生化學反應,産生氮化物,會提高焊縫脆性,韌性降低,對焊縫接頭的力學性能會産生較大的不利影響,是以不建議使用氮氣對鋁合金和碳鋼焊縫進行保護。
而氮與不鏽鋼發生化學反應産生的氮化物可以提高焊縫接頭的強度,會有利于焊縫的力學性能提高,是以在焊接不鏽鋼時可以使用氮氣作為保護氣體。
2氩氣Ar
Ar的電離能相對最低,在雷射作用下電離程度較高,不利于控制等離子體雲的形成,會對雷射的有效使用率産生一定的影響,但是Ar活性非常低,很難與常見金屬發生化學反應,而且Ar成本不高;
除此之外,Ar的密度較大,有利于下沉至焊縫熔池上方,可以更好的保護焊縫熔池,是以可以作為正常保護氣體使用。
3氦氣He
He的電離能最高,在雷射作用下電離程度很低,可以很好的控制等離子體雲的形成,雷射可以很好的作用于金屬,而且He活性非常低,基本不與金屬發生化學反應,是很好的焊縫保護氣體。
但是He的成本太高,一般大批量生産型産品不會使用該氣體,He一般用于科學研究或者附加值非常高的産品。
保護氣體的吹入方式
保護氣體的吹入方式目前主要有兩種:一種是旁軸側吹保護氣體,如圖1所示;
另一種是同軸保護氣體,如圖2所示。
圖1 旁軸側吹保護氣體
圖2 同軸保護氣體
兩種吹入方式具體該怎麼選擇是多方面綜合考慮的,一般情況下建議采用側吹保護氣體的方式。
保護氣體吹入方式選擇原則
首先需要明确的是,所謂的焊縫被“氧化”僅是一種俗稱,理論上是指焊縫與空氣中有害成分發生化學反應導緻焊縫品質變差,常見是焊縫金屬在一定溫度下與空氣中的氧、氮、氫等發生化學反應。
防止焊縫被“氧化”就是減少或者避免這類有害成分與高溫狀态下的焊縫金屬接觸,這種高溫狀态不僅僅是熔化的熔池金屬,而是從焊縫金屬被熔化時一直到熔池金屬凝固并且其溫度降低至一定溫度以下整個時間段過程。
舉例
比如說钛合金焊接,當溫度在300℃以上時能快速吸氫,450℃以上時能快速吸氧,600℃以上時能快速吸氮,是以钛合金焊縫在凝固後并且溫度降低至300℃以下這個階段内均需受到有效的保護效果,否則就會被“氧化”。
從上述描述不難明白,吹入的保護氣體不僅僅需要适時對焊縫熔池進行保護,還需要對已經焊接過的剛剛凝固的區域進行保護,是以一般均采用圖1所示的旁軸側吹保護氣體,因為這種方式的保護方式相對于圖2中的同軸保護方式的保護範圍更廣泛,尤其是對焊縫剛剛凝固的區域有較好的保護。
旁軸側吹對于工程應用來說,不是所有的産品都能夠采用旁軸側吹保護氣體的方式,對于某些具體的産品,隻能采用同軸保護氣體,具體需要從産品結構以及接頭形式進行有針對性的選擇。