Tijdens het laserlasproces isoleren beschermende gassen niet alleen het gesmolten bad tegen vervuiling door onzuiverheden zoals zuurstof en stikstof in de lucht, maar beïnvloeden ze ook de vormkwaliteit, afkoelsnelheid en metallurgische reacties van de lasnaad. Vanwege de verschillen in de fysische en chemische eigenschappen van verschillende beschermende gassen spelen ze een unieke rol bij het lassen van verschillende materialen. Het volgende is een analyse van de algemene beschermgassen die worden gebruikt in laserlasmachines en hun kernfuncties.
1. Argon: stabiele bescherming van universeel beschermgas
Gaskenmerken
Argon (Ar) is een kleur- en geurloos inert gas met een relatief lage ionisatie-energie en een dichtheid groter dan die van lucht. Het vormt gemakkelijk een stabiele beschermlaag tijdens het lassen.
Kernfuncties
Isoleer lucht en voorkom oxidatie: Argon kan het gesmolten bad effectief isoleren van zuurstof en waterdamp in de atmosfeer, waardoor wordt voorkomen dat metalen bij hoge temperaturen met zuurstof reageren om oxiden te vormen (zoals aluminiumoxide en koperoxide). Het is vooral geschikt voor het lassen van actieve metalen zoals aluminium, magnesium en koper.
Stabiliseer de boog en verbeter de vorming: Door de lage ionisatie-energie wordt argon gemakkelijker geïoniseerd onder invloed van een laser, waardoor een stabiele plasmawolk ontstaat, spatten worden verminderd, het gesmolten zwembad wordt verfijnd en de gladheid van het lasnaadoppervlak wordt verbeterd.
Regel de koelsnelheid: Argon heeft een relatief lage thermische geleidbaarheid, wat de afkoelsnelheid van het gesmolten zwembad kan vertragen, een uniforme kristallisatie van het lasmetaal kan bevorderen en het risico op scheuren kan verminderen.
Typische toepassingen
Lassen van deuren en ramen van aluminiumlegeringen, verpakking van koperen elektronische componenten, verwerking van auto-onderdelen van magnesiumlegeringen, enz.
2. Stikstof: anti-oxidatiekeuze voor het lassen van roestvrij staal
Gaskenmerken
Stikstof (N2) is het meest voorkomende gas in de lucht, met relatief stabiele chemische eigenschappen en lage kosten. Het kan echter bij hoge temperaturen reageren met sommige metalen.
Kernfuncties
Remt oxidatie en verfijnt granen: Bij het lassen van roestvrij staal kan stikstof de combinatie van chroom met zuurstof remmen om Cr2O3 te vormen, de vorming van een zwarte oxidefilm op het lasoppervlak voorkomen en de korrels verfijnen door versterking van de vaste oplossing, waardoor de corrosieweerstand van de lasnaad wordt verbeterd.
Controleer de vloeibaarheid van het gesmolten zwembad: De dichtheid en thermische geleidbaarheid van stikstof liggen tussen die van argon en helium, wat de stromingstoestand van het gesmolten bad matig kan reguleren en slechte vorming kan voorkomen die wordt veroorzaakt door overmatige stroming van het gesmolten bad.
Economisch voordeel: Vergeleken met argon en helium is stikstof goedkoper, waardoor het geschikt is voor scenario's waarbij een hoge oppervlaktekwaliteit van de lasnaad vereist is, maar extreme bescherming niet nodig is (zoals het lassen van gewone roestvrijstalen constructiedelen).
Voorzorgsmaatregelen
Stikstof is niet geschikt voor metalen als titanium en aluminium, die gemakkelijk harde en brosse nitriden vormen. Anders zal de brosheid van de lasnaad toenemen.
Typische toepassingen
Lassen van keukengerei van roestvrij staal, vervaardiging van drukvaten, verbinding van bruggen in staalconstructies, enz.
3. Helium: hoge-energieassistent voor efficiënt lassen
Gaskenmerken
Helium (He) is een inert gas met de laagste dichtheid en de hoogste thermische geleidbaarheid. Het heeft een hoge ionisatie-energie en reageert bij hoge temperaturen nauwelijks met metalen.
Kernfuncties
Verspreid de plasmawolk efficiënt: De hoge ionisatie-energie zorgt ervoor dat de plasmawolk die wordt gegenereerd door helium onder invloed van een laser dunner wordt, waardoor de verzwakking van de laserenergie wordt verminderd. Het is geschikt voor lassen met diepe penetratie (zoals het lassen van dikke platen) en lasscenario's met hoge- snelheid.
Versnel de warmteafvoer en controleer de penetratiediepte: De hoge thermische geleidbaarheid kan de warmte van het gesmolten zwembad snel afvoeren, plaatselijke oververhitting voorkomen en de penetratiediepte van de lasnaad nauwkeurig regelen, vooral geschikt voor het lassen van dun-wandige materialen (zoals folies en elektronische precisiecomponenten).
Ultra-pure bescherming en aanpassingsvermogen aan zware omgevingen: Helium heeft een extreem sterke chemische inertheid, die een contaminatievrije- lasomgeving kan bieden voor zeer actieve metalen zoals titanium en zirkonium, waardoor de betrouwbaarheid van de lasnaad onder zware omstandigheden zoals hoge temperaturen en hoge druk wordt gegarandeerd.
Nadelen
Helium is duur en heeft een lage dichtheid. Er is spoeling met een hoge-stroom nodig om een effectieve beschermende laag te vormen. Het wordt meestal gebruikt in een mengsel met andere gassen om de prestaties en de kosten in evenwicht te brengen.
Typische toepassingen
Lassen van componenten van titaniumlegeringen in de lucht- en ruimtevaart, verpakken van micro-elektronische chips, lassen van buizen van zirkoniumlegeringen in de nucleaire industrie, enz.
4. Gasmengsels: synergetische effecten van bescherming op maat
Om aan verschillende lasvereisten te voldoen, worden bij de daadwerkelijke productie vaak gasmengsels gebruikt die uit twee of meer gassen bestaan. Ze bereiken het beste beschermingseffect door aanvullende voordelen. De gebruikelijke gasmengsels en hun functies zijn als volgt:
1. Argon-Heliummengsel (Ar+He)
Functie: Door de stabiele boogeigenschappen van argon te combineren met de hoge thermische geleidbaarheid van helium, kan het niet alleen het afschermende effect van het plasma op de laser verminderen, maar ook de vloeibaarheid van het gesmolten zwembad verbeteren. Het is geschikt voor het lassen van dikke platen van metalen met een hoog-reflectievermogen, zoals koper en aluminium.
Typische verhoudingen: 70% Ar + 30% He (balans tussen kosten en prestaties) of 50% Ar + 50% He (versterking van de penetratiedieptecontrole).
2. Argon-stikstofmengsel (Ar+N2)
Functie: Bij het lassen van roestvast staal kan een kleine hoeveelheid stikstof (5%-15%) de oxidatie tegengaan en de hardheid van de lasnaad vergroten. Tegelijkertijd kan de stabiele bescherming van argon het spatprobleem voorkomen dat wordt veroorzaakt door pure stikstof.
Opmerking: Het stikstofaandeel moet strikt worden gecontroleerd om overmatige vorming van nitriden te voorkomen.
3. Argon-koolstofdioxidemengsel (Ar+CO2)
Functie: De toevoeging van CO2 kan de warmte-inbreng van de boog vergroten, de overdracht van druppels bevorderen, de bevochtigbaarheid van het gesmolten zwembad tijdens het lassen van koolstofstaal verbeteren en het gebrek aan -van- smeltdefecten verminderen. Het wordt vaak gebruikt bij hybride laser-MIG-lasprocessen.
5. Hoe selecteert u het juiste beschermgas?
Materiaalkenmerken: Selecteer inerte gassen (argon, helium) of neutrale gassen (stikstof) op basis van de eigenschappen van het basismetaal (zoals activiteit, smeltpunt en thermische geleidbaarheid) om schadelijke metallurgische reacties (zoals nitridatie en oxidatie) te voorkomen.
Lasproces: Geef voor lassen met diepe penetratie prioriteit aan helium of gasmengsels met een hoog heliumaandeel (om de plasma-afscherming te verminderen). Voor dunne plaat-lassen met hoge-snelheid kunnen argon- of gasmengsels met een laag heliumaandeel worden gebruikt (om de koeling van het gesmolten bad te regelen).
Kosteneffectiviteit-: Voor het lassen van gewoon koolstofstaal en roestvrij staal kunnen stikstof- of argon-stikstofmengsels worden geselecteerd; voor hoogwaardige-metalen zoals aluminium en titanium verdienen pure argon- of argon-heliummengsels de voorkeur.
Aanpassingsvermogen van apparatuur: Houd rekening met de nauwkeurigheid van de gasstroomregeling van het lasapparaat en het ontwerp van het mondstuk (bijvoorbeeld of een hoge-stroom van helium vereist is) om ervoor te zorgen dat het beschermende gas het gesmolten bad gelijkmatig bedekt.
Conclusie
Beschermgassen zijn de ‘onzichtbare bewakers’ van het laserlasproces. Hun selectie heeft rechtstreeks invloed op de kwaliteit van de lasnaad, de productie-efficiëntie en de kosten. Van het gebruik van de kenmerken van afzonderlijke gassen tot de synergetische effecten van gasmengsels moeten uitgebreide overwegingen worden gemaakt in combinatie met materiaaleigenschappen, lasparameters en feitelijke werkomstandigheden. Met de ontwikkeling van de laserlastechnologie richting hoge precisie en automatisering zal de verfijnde toepassing van beschermende gassen een sleutelfactor worden bij het vergroten van de betrouwbaarheid van het lassen.
--Rayther Laser Jack Sun--