ما هي المعلمات الرئيسية لحام الليزر اختراق عميق (3)

الغاز الوقائي

في عملية اللحام بالليزر ، غالبًا ما يستخدم الغاز الخامل لحماية البركة المنصهرة. عندما يتم لحام بعض المواد ، قد لا يتم النظر في أكسدة السطح ، ولكن قد لا يتم النظر في الحماية. ومع ذلك ، بالنسبة لمعظم التطبيقات ، غالبًا ما يتم استخدام الهيليوم والأرجون والنيتروجين والغازات الأخرى كحماية لجعل قطعة العمل في تجنب الأكسدة أثناء اللحام.

ليس من السهل تأين الهيليوم (طاقة تأين أعلى) ، مما يسمح لليزر بالمرور بسلاسة ، وتصل طاقة الحزمة إلى سطح قطعة العمل دون عائق. هذا هو غاز التدريع الأكثر فاعلية المستخدم في اللحام بالليزر ، لكنه أكثر تكلفة.

الأرجون أرخص وأكثر كثافة ، لذا فإن تأثير الحماية أفضل. ومع ذلك ، فهو عرضة لتأين البلازما المعدني عالي الحرارة ، والذي يحمي جزءًا من الحزمة من التوجيه إلى قطعة العمل ، ويقلل من طاقة الليزر الفعالة للحام ، كما يضر بسرعة اللحام والاختراق. يكون سطح اللحام المحمي بالأرجون أكثر سلاسة مما لو كان محميًا بالهيليوم.

النيتروجين هو أرخص غازات التدريع ، ولكنه غير مناسب للحام أنواع معينة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، ويرجع ذلك أساسًا إلى مشاكل المعادن ، مثل إنتاج المسام في بعض الأحيان في منطقة التداخل.

وتتمثل الوظيفة الثانية لاستخدام غاز التدريع في حماية عدسة التركيز البؤري من تلوث بخار المعدن وتناثر قطرات السائل. خاصة في اللحام بالليزر عالي الطاقة ، نظرًا لأن المادة المقذوفة قوية جدًا ، فمن الضروري حماية العدسة في هذا الوقت.

يتمثل الدور الثالث لغاز التدريع في تبديد حماية البلازما الناتجة عن اللحام بالليزر عالي الطاقة. يمتص البخار المعدني طاقة شعاع الليزر ويتأين في سحابة بلازما ، ويتأين غاز التدريع حول بخار المعدن أيضًا بالتسخين. إذا كان هناك الكثير من البلازما ، فإن طاقة شعاع الليزر تستهلكها إلى حد ما. توجد البلازما على سطح قطعة العمل كمصدر ثانٍ للطاقة ، مما يجعل عمق الاختراق ضحلًا وسطح حوض اللحام أوسع. زيادة معدل إعادة التركيب الإلكتروني عن طريق زيادة تصادم الإلكترونات ثلاثي الأجسام مع الذرات المحايدة لتقليل كثافة الإلكترون في البلازما. كلما كانت الذرة المحايدة أخف ، كلما زاد تردد الاصطدام وزاد معدل إعادة التركيب. من ناحية أخرى ، فإن غاز التدريع فقط ذو طاقة التأين العالية لن يزيد من كثافة الإلكترون بسبب تأين الغاز نفسه.

الجدول 1 - الكتلة الذرية (الجزيئية) وطاقة التأين للعديد من الغازات والمعادن

يمكن أن نرى من الجدول أن حجم البلازما مرتبط بغاز التدريع المختلف المستخدم ، فالهيليوم هو الأصغر ، يليه النيتروجين ، والأكبر عند استخدام الأرجون. كلما زاد حجم البلازما ، كلما كان عمق الاختراق أقل. تُحدث درجة التأين وكثافة الغاز الفرق في حجم البلازما.

الهليوم لديه أقل تأين وكثافة. يمكنه إخراج البخار المعدني المتصاعد المتولد من البركة المعدنية المنصهرة بسرعة. لذلك ، يمكن أن يؤدي استخدام الهليوم كغاز واقٍ إلى كبح البلازما إلى أقصى حد ، وبالتالي زيادة عمق الاختراق وزيادة سرعة اللحام ؛ بسبب وزنه الخفيف ، يمكنه الهروب ، وليس من السهل إحداث مسام. بالطبع ، من تأثير اللحام الفعلي ، فإن تأثير حماية الأرجون ليس سيئًا. يكون تأثير سحابة البلازما على الاختراق أكثر وضوحًا في منطقة سرعة اللحام المنخفضة. عندما تزداد سرعة اللحام ، سيضعف تأثيرها.

يتم إخراج غاز التدريع من خلال فتحة الفوهة بضغط معين للوصول إلى سطح قطعة العمل. يعتبر الشكل الهيدروديناميكي للفوهة وقطر المخرج مهمين للغاية. يجب أن تكون كبيرة بما يكفي لدفع غاز التدريع الذي تم رشه لتغطية سطح اللحام ، ولكن من أجل حماية العدسة بشكل فعال ومنع تلوث بخار المعدن أو تلف العدسة المعدنية ، يجب أيضًا تحديد حجم الفوهة. يجب أيضًا التحكم في معدل التدفق ، وإلا سيصبح التدفق الصفحي لغاز التدريع مضطربًا ، وسيتم سحب الغلاف الجوي إلى البركة المنصهرة وتشكيل المسام في النهاية.

من أجل تحسين تأثير الحماية ، يمكن أيضًا استخدام نفخ جانبي إضافي ، أي يتم حقن غاز التدريع مباشرة في ثقب اللحام الاختراق العميق بزاوية معينة من خلال فوهة ذات قطر أصغر. لا يقوم غاز التدريع بقمع سحابة البلازما على سطح قطعة العمل فحسب ، بل يؤثر أيضًا على تكوين البلازما والثقوب الصغيرة في الفتحة ، ويزداد عمق الاختراق بشكل أكبر ، ويتم اللحام بعمق وعرض مثاليين تم الحصول عليها. ومع ذلك ، تتطلب هذه الطريقة تحكمًا دقيقًا في حجم واتجاه تدفق الهواء ، وإلا فإنه من السهل إحداث اضطراب وتدمير البركة المنصهرة ، مما يجعل عملية اللحام صعبة التثبيت.