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激光焊接歷程常應(yīng)用惰性氣體來護(hù)衛(wèi)熔池,當(dāng)某些質(zhì)料焊接可不計算表面氧化時則也可不考慮護(hù)衛(wèi),但對大多數(shù)應(yīng)用場所則常應(yīng)用氦、氬、氮等氣體作護(hù)衛(wèi),使工件在焊接歷程中免受氧化。
氦氣不易電離(電離能量較高),可讓激光順利通過,光束能量不碰壁礙地直達(dá)工件表面。這是激光焊接加工時應(yīng)用非常有用的護(hù)衛(wèi)氣體,但費用相對貴。
氬氣相對便宜,密度較大,所以護(hù)衛(wèi)結(jié)果較好。但它易受高溫金屬等離子體電離,后果屏蔽了片面光束射向工件,削減了焊接的有用激光功率,也妨礙焊接速率與熔深。應(yīng)用氬氣護(hù)衛(wèi)的焊件表面要比應(yīng)用氦氣護(hù)衛(wèi)時來得光滑。
氮氣作為護(hù)衛(wèi)氣體非常便宜,但對某些范例不銹鋼焊接時并不適合,主要是因為冶金學(xué)方面疑問,如吸收,偶然會在搭接區(qū)發(fā)生氣孔。
應(yīng)用護(hù)衛(wèi)氣體的第二個好處是護(hù)衛(wèi)聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。特別在高功率激光焊接時,因為其噴出物變得非常有力,此時護(hù)衛(wèi)透鏡則更為須要。
護(hù)衛(wèi)氣體的第三個好處是對遣散高功率激光焊接發(fā)生的等離子屏蔽非常有用。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云,金屬蒸氣四周的護(hù)衛(wèi)氣體也會因受熱而電離。
若等離子體存在過量,激光束在某種程度上被等離子體花消。等離子體作為第二種能量存在于工作表面,使得熔深變淺、焊接熔池表面變寬。
通過增加電子與離子和中性原子三體碰撞來增加電子的復(fù)合速率,以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕,碰撞頻率越高,復(fù)合速率越高;另一方面,惟有電離能高的護(hù)衛(wèi)氣體,才不致因氣體本身的電離而增加電子密度。
表 常用氣體和金屬的原子(分子)量和電離能
質(zhì)料 氦 氬 氮 鋁 鎂 鐵
原子(分子)量 4 40 28 27 24 56
電離能(eV) 24.46 15.68 14.5 5.96 7.61 7.83
從表可知,等離子體云尺寸與接納的護(hù)衛(wèi)氣體不同而變更,氦氣非常小,氮氣次之,應(yīng)用氬氣時非常大。等離子體尺寸越大,熔深則越淺。造成這種差別的緣故開始因為氣體分子的電離程度不同,另外也因為護(hù)衛(wèi)氣體不同密度惹起金屬蒸氣分散差別。
氦氣電離非常小,密度非常小,它能非??斓仳?qū)除從金屬熔池發(fā)生的上漲的金屬蒸氣。所以用氦作護(hù)衛(wèi)氣體,可非常大程度地抑制等離子體,從而增加熔深,進(jìn)步焊接速率;因為質(zhì)輕而能逸出,不易造成氣孔。固然,從我們現(xiàn)實焊接的結(jié)果看,用氬氣護(hù)衛(wèi)的結(jié)果還不錯。
等離子云對熔深的影響在低焊接速率區(qū)非常為明顯。當(dāng)焊接速率進(jìn)步時,它的影響就會減輕。
護(hù)衛(wèi)氣體是通過噴嘴口以必然的壓力射出抵達(dá)工件表面的,噴嘴的流體力學(xué)形狀和出口的直徑大小十分緊張。它務(wù)必以足夠大以差遣噴出的護(hù)衛(wèi)氣體籠蓋焊接表面,但為了有用護(hù)衛(wèi)透鏡,阻止金屬蒸氣污染或金屬飛濺損傷透鏡,噴口大小也要加以限制。流量也要加以掌握,否則護(hù)衛(wèi)氣的層流造成紊流,大氣卷入熔池,非常終形成氣孔。
為了進(jìn)步護(hù)衛(wèi)結(jié)果,還可用附加的側(cè)向吹氣的方法,即通過一較小直徑的噴管將護(hù)衛(wèi)氣體以必然的角度干脆射入深熔焊接的小孔。護(hù)衛(wèi)氣體不但抑制了工件表面的等離子體云,并且對孔內(nèi)的等離子體及小孔的形成施加影響,熔深進(jìn)一步增大,獲得深寬相對為理想的焊縫。但是,此種技巧要求切確掌握氣流量大小、偏向,否則輕易發(fā)生紊流而破壞熔池,造成焊接歷程難以穩(wěn)定。
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