01
Prefaţă
Datorită densității mari de energie, aportului scăzut de căldură și naturii fără{0}}contact, tehnologia de sudare cu laser a apărut ca unul dintre procesele de bază în producția modernă de precizie. Cu toate acestea, probleme precum oxidarea, porozitatea și arderea-elementală-rezultată din contactul dintre bazinul de sudură și atmosferă în timpul procesului de sudare-constrâng grav proprietățile mecanice și durata de viață a cordonurilor de sudură. Ca mediu critic pentru controlul mediului de sudare, selectarea tipului de gaz de protecție, a debitului și a metodei de livrare trebuie să fie atent cuplate cu caracteristicile specifice ale materialului (cum ar fi reactivitatea chimică și conductibilitatea termică) și grosimea piesei de prelucrat.
Procesare laser și fascicul de electroni
02
Tipuri de gaze de protecție
Funcția principală a unui gaz de protecție este de a izola oxigenul, de a regla comportamentul bazinului de sudură și de a îmbunătăți eficiența de cuplare a energiei. Pe baza proprietăților lor chimice, gazele de protecție pot fi clasificate pe scară largă în gaze inerte (cum ar fi argonul și heliul) și gaze active (cum ar fi azotul și dioxidul de carbon). Gazele inerte posedă stabilitate chimică ridicată, prevenind eficient oxidarea bazinului de sudură; cu toate acestea, diferențele semnificative în proprietățile lor termofizice pot afecta profund rezultatul sudării. De exemplu, argonul (Ar) are o densitate mare (1,784 kg/m³), permițându-i să formeze o pătură de protecție stabilă peste bazinul de sudură; invers, conductivitatea sa termică scăzută (0,0177 W/m·K) are ca rezultat o răcire mai lentă a bazinului de sudură și o adâncime de penetrare mai mică. În contrast, heliul (He) prezintă o conductivitate termică de aproximativ opt ori mai mare decât a argonului (0,1513 W/m·K), accelerând astfel răcirea bazinului de sudură și crescând adâncimea de penetrare; cu toate acestea, densitatea sa scăzută (0,1785 kg/m³) îl face predispus la dispersie rapidă, necesitând debite mai mari pentru a menține o ecranare eficientă. Gazele active-cum ar fi azotul (N₂)-pot, în anumite aplicații, să îmbunătățească rezistența cordonului de sudură prin consolidarea soluției solide-; totuși, utilizarea lor excesivă poate duce la porozitate sau la precipitarea fazelor fragile. De exemplu, la sudarea oțelurilor inoxidabile duplex, dizolvarea azotului în bazinul de sudură poate perturba echilibrul fazei de ferită-austenită, rezultând o reducere a rezistenței la coroziune.
Din perspectiva mecanismelor de proces, energia de ionizare ridicată a heliului (24,6 eV) suprimă efectul de ecranare cu plasmă și îmbunătățește absorbția energiei laser, crescând astfel adâncimea de penetrare. Dimpotrivă, energia scăzută de ionizare a argonului (15,8 eV) tinde să genereze un pen de plasmă, necesitând utilizarea unor tehnici precum defocalizarea sau modularea impulsului pentru a atenua interferența. Mai mult, reacțiile chimice dintre gazele active de protecție și bazinul topit-cum ar fi formarea nitrururilor prin reacția azotului cu cromul din oțel-poate modifica compoziția sudurii; prin urmare, alegerea gazului de protecție trebuie făcută cu prudență, ținând cont de proprietățile specifice ale materialului.
**Exemple de aplicare a materialelor:**
• **Oțel:** La sudarea plăcilor subțiri (<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), totuși, este necesar un mic adaos de heliu (He) pentru a crește adâncimea de penetrare.
• **Oțel inoxidabil:** Ecranarea cu argon previne epuizarea conținutului de crom (Cr); la o sudură pe oțel inoxidabil 304 cu grosimea de 3 mm, conținutul de Cr ajunge la 18,2% (apropiindu-se aproape de 18,5% al metalului de bază). Oțelurile inoxidabile duplex, pe de altă parte, necesită un amestec de Ar-N₂ (cu N₂ mai mic sau egal cu 5%) pentru a menține un raport de fază echilibrat. Studiile indică faptul că, atunci când sudați oțel inoxidabil 2205 duplex cu o grosime de 8 mm folosind un amestec de Ar-2%N₂, raportul de fază ferită-la{-austenită se stabilizează la 48:52, dând o rezistență la tracțiune de 780 MPa-superioară celei obținute cu argon pur.
• **Aliaje de aluminiu:** *Plăci subțiri (<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):* Sudarea plăcilor groase de aluminiu necesită un aport mare de energie; un amestec de heliu-argon (He:Ar=3:1) oferă un echilibru între obținerea unei adâncimi suficiente de penetrare și gestionarea costurilor. De exemplu, la sudarea plăcilor 5083 cu grosimea de 8 mm, ecranarea cu acest amestec are ca rezultat o adâncime de penetrare de 6,2 mm-o îmbunătățire cu 35% față de argonul pur-și în același timp reducând costurile de sudare cu 20%.
