گاز محافظ، که برخی اوقات به عنوان “گاز پوششی” نامیده می شود، نقش مهمی در فرآیند جوشکاری لیزری دارد. در فرآیند جوشکاری لیزری غالبا از گاز خنثی برای محافظت از استخر مذاب استفاده میشود. برای بیشتر کاربردها، آرگون، هلیوم و گازهای دیگر اغلب برای محافظت قطعه از اکسید شدن در حین فرایند جوشکاری لیزری استفاده میشود.(0تا100دستگاه جوش لیزری)حالا سوالی که پیش میاد این است که گاز محافظ مناسب فرآیند جوشکاری لیزری شما چیست؟
نقش گاز محافظ در جوشکاری لیزر فیبر
گاز محافظ میتواند نقش مهمی در فرایند جوشکاری ایفا کند و میتواند در سرعت جوشکاری، شکل و ریزساختارهای جوش تاثیر گذار باشد.
گاز محافظ سه اثر مهم در فرآیند جوشکاری لیزری دارد:
-
- پراکنده کردن گاز پلاسمای ایجاد شده در اثر جوشکاری لیزری
- گاز محافظ می تواند قطعه کار را از اکسیداسیون در طول فرآیند جوشکاری محافظت کند
- لنز فوکوس را از آلودگی بخار فلز و پاشش قطرات مایع محافظت می کند. مخصوصاً در جوشکاری لیزری با توان بالا، از آنجایی که جهش مواد مذاب بسیار شدید می شود، در این زمان محافظت از لنز بیشتر ضروری است.
- در فرآیند جوشکاری لیزر فیبر، حضور گاز محافظ همواره نقشی بنیادین در شکلدهی، خلوص و استحکام اتصال ایفا میکند. این حضور، نهتنها سپری برابر ورود عناصر مزاحم جو است، بلکه با کنترل واکنشهای فیزیکی و شیمیایی، کیفیت نهایی و دوام اتصال را معنا میبخشد. بررسی این اثر، در سه محور اساسی خلاصه میگردد: نسبت میان طولموج لیزر و رفتار پلاسما؛ نوع و واکنشپذیری فلز جوشکاریشونده؛ و سرانجام اثر بر نتیجه، اعم از تخلخل، نفوذ و کیفیت ظاهری.
نقش طولموج لیزر و تعامل با پلاسما
لیزر فیبر معمولاً با طولموجی در حدود یک میکرومتر کار میکند. این ویژگی باعث میشود پرتو لیزر هنگام جوشکاری کمتر توسط بخار و گازهای ایجادشده جذب یا تضعیف شود. در نتیجه، انرژی لیزر با بازده بالاتری به ناحیه مذاب منتقل شده و عمق و کیفیت جوش بهبود مییابد. به همین دلیل، در بسیاری از کاربردها نیاز به استفاده از گازهای محافظ خاص کاهش پیدا میکند. هر چند در توانهای بالا یا جوشکاری فلزات بازتابنده، احتمال تشکیل پلاسما همچنان وجود دارد؛ در این موارد، هلیوم یا ترکیب آرگون و هلیوم، کارایی مناسبی خواهند داشت تا با سرکوب پلاسما، ثبات و کیفیت جوش تضمین گردد.
انتخاب گاز محافظ وفق نوع فلز
انتخاب گاز محافظ به نوع فلز بستگی دارد. برای فولادهای معمولی، استفاده از آرگون یا نیتروژن گزینهای مقرونبهصرفه و مناسب است. اما در فولادهای زنگنزن حساس، بهویژه استیل ضد زنگ و دارای عناصر تثبیتکننده، بهتر است از آرگون خالص یا ترکیب آرگون و هلیوم استفاده شود تا از ایجاد تردی و کاهش مقاومت به خوردگی در محل جوش جلوگیری شود.
در جوشکاری آلومینیوم و مس، بهرهگیری از هلیوم یا مخلوط آرگون، هلیوم ضرورت مییابد؛ چراکه آرگون خالص، امکان ایجاد تخلخل و جوشهایی با نفوذ ناقص را بالا میبرد. برای تیتانیوم، تنها آرگون با خلوص بالا یا آرگون ،هلیوم مناسب خواهد بود، زیرا سایر گازها، زمینهساز تشکیل ساختارهای شکننده، اکسیداسیون یا تضعیف استحکام میشوند.(چرا استفاده از گاز در دستگاه جوش لیزری ضروری است؟)
نتایج تأثیر گاز محافظ بر کیفیت جوش
کیفیت اتصال نهایی، تابعی از نوع گاز محافظ و شرایط پدیدههای فیزیکی حین جوش است. به کمک انتخاب صحیح گاز، حفرات و ناخالصیها در جوش به حداقل رسیده و ساختاری همگن و مقاوم شکل میگیرد. تخلخل، نشانه حضور حباب یا گاز محبوس در فلز مذاب است و میتواند به ضعف موضعی یا افت خواص مکانیکی بینجامد. گازهای مناسب با کاهش اکسیژن و نیتروژن اطراف حوضچه مذاب، از ایجاد این عیوب جلوگیری مینمایند.
جدول راهنمای انتخاب گاز محافظ :
| نوع فلز | گاز محافظ توصیهشده | توضیح فنی مختصر |
|---|---|---|
| فولاد معمولی | آرگون یا نیتروژن | اقتصادی، مناسب برای ساختار عادی |
| فولاد زنگنزن حساس | آرگون خالص یا آرگون،هلیوم | جلوگیری از تردی و حساسیت به خوردگی |
| آلومینیوم | هلیوم یا آرگون،هلیوم | کاهش تخلخل و افزایش نفوذ، آرگون خالص توصیه نمیشود |
| مس | هلیوم یا آرگون،هلیوم | رفع مشکل بازتاب بالا و نفوذ بهتر انرژی |
| تیتانیوم | آرگون بسیار خالص یا آرگون ،هلیوم | جلوگیری از تشکیل ساختارهای شکننده و افت استحکام |
- فولادهای معمولی: آرگون یا نیتروژن.
- فولاد زنگنزن حساس: آرگون خالص یا ترکیب آرگون،هلیوم.
- آلومینیوم و مس: هلیوم یا آرگون هلیوم (آرگون خالص مناسب نمیباشد).
- تیتانیوم: صرفاً آرگون بسیار خالص یا آرگون ،هلیوم.
شاخص کیفیت مطلوب، وجود سطحی صاف و عاری از تخلخل و عیوب است. ظهور حفره یا کاهش استحکام، نیاز به بازنگری در انتخاب گاز و شرایط فرآیند را نمایان میسازد.