01
Priekšvārds
Pateicoties lielajam enerģijas blīvumam, zemai siltuma padevei un bezkontakta raksturam, lāzermetināšanas tehnoloģija ir kļuvusi par vienu no mūsdienu precīzās ražošanas pamatprocesiem. Tomēr tādas problēmas kā oksidēšana, porainība un elementu izdegšana-izdegšana-, kas rodas no saskares starp metināto baseinu un atmosfēru metināšanas procesa laikā-, būtiski ierobežo metināto šuvju mehāniskās īpašības un kalpošanas laiku. Aizsarggāzes veida, plūsmas ātruma un padeves metodes izvēle ir ļoti svarīga metināšanas vides kontrolei, un tā ir rūpīgi jāapvieno ar materiāla specifiskajām īpašībām (piemēram, ķīmisko reaktivitāti un siltumvadītspēju) un apstrādājamās detaļas biezumu.
Lāzera un elektronu staru apstrāde
02
Aizsarggāzu veidi
Aizsarggāzes galvenā funkcija ir izolēt skābekli, regulēt metināšanas baseina uzvedību un uzlabot enerģijas savienojuma efektivitāti. Pamatojoties uz to ķīmiskajām īpašībām, aizsarggāzes var plaši iedalīt inertajās gāzēs (piemēram, argonā un hēlijā) un aktīvās gāzēs (piemēram, slāpeklī un oglekļa dioksīdā). Inertajām gāzēm ir augsta ķīmiskā stabilitāte, kas efektīvi novērš metinājuma baseina oksidēšanos; tomēr būtiskas atšķirības to termofizikālajās īpašībās var būtiski ietekmēt metināšanas rezultātu. Piemēram, argonam (Ar) ir augsts blīvums (1,784 kg/m³), kas ļauj tam izveidot stabilu aizsargsegu virs metinājuma baseina; otrādi, tā zemā siltumvadītspēja (0,0177 W/m·K) nodrošina lēnāku metinātā baseina dzesēšanu un mazāku iespiešanās dziļumu. Turpretim hēlijam (He) ir aptuveni astoņas reizes lielāka siltumvadītspēja nekā argonam (0,1513 W/m·K), tādējādi paātrinot metinājuma baseina dzesēšanu un palielinot iespiešanās dziļumu; tomēr tā zemais blīvums (0,1785 kg/m³) padara to ātri izkliedētu, tāpēc ir nepieciešams lielāks plūsmas ātrums, lai uzturētu efektīvu ekranējumu. Aktīvās gāzes-piemēram, slāpeklis (N₂)-noteiktos lietojumos var uzlabot metināšanas šuves stiprību, nostiprinot cieto{11}}šķīdumu; tomēr to pārmērīga lietošana var izraisīt porainību vai trauslu fāžu nogulsnēšanos. Piemēram, metinot dupleksos nerūsējošos tēraudus, slāpekļa šķīšana metināšanas baseinā var izjaukt ferīta-austenīta fāzes līdzsvaru, kā rezultātā samazinās izturība pret koroziju.
No procesa mehānismu viedokļa hēlija augstā jonizācijas enerģija (24,6 eV) nomāc plazmas ekranēšanas efektu un uzlabo lāzera enerģijas absorbciju, tādējādi palielinot iespiešanās dziļumu. Un otrādi, argona zemā jonizācijas enerģija (15,8 eV) mēdz radīt plazmas strūklu, tādēļ ir nepieciešams izmantot tādas metodes kā defokusēšana vai impulsa modulācija, lai mazinātu traucējumus. Turklāt ķīmiskās reakcijas starp aktīvām aizsarggāzēm un izkusušo baseinu,-piemēram, nitrīdu veidošanās, slāpeklim reaģējot ar hromu tēraudā,{5}}var mainīt metinājuma šuves sastāvu; tāpēc aizsarggāzes izvēle jāveic piesardzīgi, ņemot vērā konkrētās materiāla īpašības.
**Materiālu pielietojuma piemēri:**
• **Tērauds:** plānu plākšņu metināšanā (<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), tomēr, lai palielinātu iespiešanās dziļumu, ir nepieciešams neliels hēlija (He) papildinājums.
• **Nerūsējošais tērauds:** Argona ekranējums novērš hroma (Cr) satura samazināšanos; metinājumā uz 3 mm bieza 304 nerūsējošā tērauda Cr saturs sasniedz 18,2% (tuvu tuvojas parastā metāla 18,5%). No otras puses, dupleksajiem nerūsējošajiem tēraudiem ir nepieciešams Ar-N₂ maisījums (ar N₂ mazāku vai vienādu ar 5%), lai uzturētu līdzsvarotu fāzes attiecību. Pētījumi liecina, ka, metinot 8 mm biezu 2205 duplekso nerūsējošo tēraudu, izmantojot Ar-2%N₂ maisījumu, ferīta-un-austenīta fāzes attiecība stabilizējas pie 48:52, iegūstot stiepes izturību 780 MPa, kas ir augstāka par argonu MP20.
• **Alumīnija sakausējumi:** *Plāvas plāksnes (<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):* Biezu alumīnija plākšņu metināšana prasa lielu enerģijas patēriņu; hēlija-argona maisījums (He:Ar=3:1) nodrošina līdzsvaru starp pietiekama iespiešanās dziļuma sasniegšanu un izmaksu pārvaldību. Piemēram, metinot 8 mm biezas 5083 plāksnes, ekranēšana ar šo maisījumu nodrošina iespiešanās dziļumu 6,2 mm-par 35% labumu salīdzinājumā ar tīru argonu-, vienlaikus samazinot metināšanas izmaksas par 20%.
