Gas protector
En el procés de soldadura per làser, el gas inert s'utilitza sovint per protegir la piscina fosa. Quan es solden alguns materials, és possible que no es tingui en compte l’oxidació superficial, però pot ser que no es tingui en compte la protecció. No obstant això, per a la majoria d’aplicacions, l’heli, l’argó, el nitrogen i altres gasos s’utilitzen sovint com a protecció per fabricar la peça a Evitar l’oxidació durant la soldadura.
L'heli no és fàcil d'ionitzar (major energia d'ionització), cosa que permet que el làser passi sense problemes, i l'energia del feix arriba a la superfície de la peça de treball sense obstacles. Aquest és el gas protector més eficaç que s’utilitza en la soldadura làser, però és més car.
L’argó és més barat i dens, de manera que l’efecte de protecció és millor. Tanmateix, és susceptible a la ionització plasmàtica metàl·lica a alta temperatura, que protegeix que part del raig es dirigeixi a la peça, redueix la potència efectiva del làser per a la soldadura i també perjudica la velocitat i la penetració de la soldadura. La superfície de la soldadura protegida per argó és més suau que quan està protegida per heli.
El nitrogen és el gas de blindatge més barat, però no és adequat per soldar certs tipus d’acer inoxidable, principalment a causa de problemes metal·lúrgics, com ara produir porus a la zona d’encavalcament.
La segona funció d’utilitzar gas de protecció és protegir la lent d’enfocament de la contaminació per vapor de metall i esquitxades de gotes de líquid. Especialment en la soldadura làser d’alta potència, ja que el material expulsat és molt potent, és més necessari protegir la lent en aquest moment.
El tercer paper del gas protector és dissipar el blindatge de plasma produït per la soldadura làser d’alta potència. El vapor de metall absorbeix l’energia del feix làser i es ionitza en un núvol de plasma, i el gas de blindatge al voltant del vapor de metall també s’ ionitza mitjançant la calefacció. Si hi ha massa plasma, l’energia del feix làser la consumeix fins a cert punt. El plasma existeix a la superfície de la peça com a segona font d’energia, cosa que fa que la profunditat de penetració sigui poc profunda i la superfície de la piscina de soldadura sigui més àmplia. Augmenta la taxa de recombinació d’electrons augmentant la col·lisió d’electrons de tres cossos amb àtoms neutres per reduir la densitat d’electrons al plasma. Com més lleuger és l’àtom neutre, més alta és la freqüència de col·lisió i més alta és la taxa de recombinació. D'altra banda, només el gas que es protegeix amb una alta energia d'ionització no augmentarà la densitat d'electrons a causa de la ionització del propi gas.
Material | Heli | Argó | Nitrogen | Alumini | Magnesi | Ferro |
Massa atòmica (molècula) | 4 | 40 | 28 | 27 | 24 | 56 |
Energia d'ionització (eV) | 24.46 | 15.68 | 14.5 | 5.96 | 7.61 | 7.83 |
Taula 1. Massa atòmica (molècula) i energia d’ionització de severalgases i metalls
A la taula es pot veure que la mida del plasma està relacionada amb els diferents gasos de blindatge utilitzats, l’heli és el més petit, seguit de nitrogen i el més gran quan s’utilitza argó. Com més gran sigui la mida del plasma, més baix serà la profunditat de penetració. El grau d’ionització i la densitat de gasos diferencien la mida del plasma.
L’heli té la menor ionització i densitat. Pot impulsar ràpidament el creixent vapor de metall generat a partir de la piscina de metall fos. Per tant, l'ús d'heli com a gas protector pot suprimir el plasma en la major mesura, augmentant així la profunditat de penetració i augmentant la velocitat de soldadura; pel seu pes lleuger, pot escapar-se i no és fàcil provocar porus. Per descomptat, a partir de l'efecte de la soldadura real, l'efecte de la protecció contra argó no és dolent. La influència del núvol de plasma sobre la penetració és més evident a la zona de baixa velocitat de soldadura. Quan augmenti la velocitat de soldadura, la seva influència es debilitarà.
El gas de blindatge és expulsat per l’obertura de la boquilla amb una certa pressió per arribar a la superfície de la peça. La forma hidrodinàmica del broquet i el diàmetre de la sortida són molt importants. Ha de ser prou gran per impulsar el gas d’apantallat polvoritzat per cobrir la superfície de soldadura, però per protegir eficaçment la lent i evitar la contaminació de vapor de metall o els danys de metall a la lent, també s’ha de limitar la mida de la boquilla. També s’ha de controlar el cabal, en cas contrari, el flux laminar del gas de blindatge es convertirà en turbulent i l’atmosfera s’atansarà a la bassa fosa i eventualment formarà porus.
Per millorar l'efecte de protecció, també es pot fer un bufatge lateral addicional, és a dir, s'injecta directament el gas de blindatge al forat de soldadura de penetració profunda en un angle determinat a través d'una boquilla de diàmetre menor. El gas de blindatge no només suprimeix el núvol de plasma a la superfície de la peça de treball, sinó que també exerceix una influència sobre la formació de plasma i petits forats al forat, i la profunditat de penetració augmenta encara més i una soldadura amb una profunditat i una amplada ideals. s’obté. No obstant això, aquest mètode requereix un control precís de la mida i la direcció del flux d'aire, en cas contrari és fàcil produir turbulències i destruir la piscina fosa, cosa que dificulta l'estabilització del procés de soldadura.
