Dylanwad Paramedrau Nwy Tarian Ar Broses Weldio Laser

Dylanwad Paramedrau Nwy Tarian ar Broses Weldio Laser

01 Rhagymadrodd

Mae technoleg weldio laser, oherwydd ei ddwysedd ynni uchel, mewnbwn gwres isel, a nodweddion digyswllt, wedi dod yn un o'r prosesau craidd mewn gweithgynhyrchu manwl modern. Fodd bynnag, mae ocsidiad, mandylledd, a cholli elfennau a achosir gan y cyswllt rhwng y pwll tawdd a'r atmosffer yn ystod weldio yn cyfyngu'n ddifrifol ar briodweddau mecanyddol a bywyd gwasanaeth welds. Rhaid dewis nwy cysgodi, fel y cyfrwng craidd ar gyfer rheoli'r amgylchedd weldio, yn seiliedig ar ei fath, cyfradd llif, a dull chwythu, mewn cyfuniad â nodweddion materol (megis adweithedd cemegol a dargludedd thermol) a thrwch plât.

Prosesu Pelydr Laser a Electron

02 Mathau o Nwy Gwarchod

Prif rôl cysgodi nwy yw ynysu ocsigen, rheoleiddio ymddygiad pyllau tawdd, a gwella effeithlonrwydd cyplu ynni. Yn seiliedig ar briodweddau cemegol, mae nwyon cysgodi yn cael eu dosbarthu i nwyon anadweithiol (argon, heliwm) a nwyon gweithredol (nitrogen, carbon deuocsid). Mae gan nwyon anadweithiol sefydlogrwydd cemegol uchel ac maent yn atal ocsidiad y pwll tawdd yn effeithiol, ond mae eu gwahaniaethau thermoffisegol yn effeithio'n sylweddol ar ganlyniadau weldio.

Er enghraifft, mae gan argon (Ar) ddwysedd uchel (1.784 kg/m³), gan ffurfio haen gorchudd sefydlog, ond mae ei ddargludedd thermol isel (0.0177 W/m·K) yn arafu oeri ac yn arwain at dreiddiad basach. Mewn cyferbyniad, mae gan heliwm (He) ddargludedd thermol 8 gwaith yn uwch (0.1513 W / m · K), sy'n cyflymu oeri a chynyddu dyfnder treiddiad, ond mae ei ddwysedd isel (0.1785 kg / m³) yn ei gwneud hi'n hawdd dianc, sy'n gofyn am lif uwch i gynnal amddiffyniad.

Gall nwyon gweithredol, fel nitrogen (N₂), wella cryfder weldio trwy gryfhau toddiant solet mewn rhai achosion, ond gall defnydd gormodol achosi mandylledd neu wlybaniaeth cyfnod brau. Er enghraifft, gall ymdreiddiad nitrogen i'r pwll tawdd yn ystod weldio dur di-staen deublyg amharu ar gydbwysedd cyfnod ferrite / austenit, gan leihau ymwrthedd cyrydiad.

[Delwedd: Ffigur 1. Laser weldio dur gwrthstaen 304L, (top) Ar amddiffyn; (gwaelod) N₂ amddiffyn]

O safbwynt mecanwaith y broses, mae egni ïoneiddiad uchel heliwm (24.6 eV) yn atal cysgodi plasma, gan wella amsugno a threiddiad ynni laser. Mae Argon, sydd ag egni ïoneiddiad is (15.8 eV), yn cynhyrchu cymylau plasma yn hawdd, sy'n gofyn am ddadffocysu neu fodiwleiddio pwls i leihau ymyrraeth. At hynny, gall nwyon gweithredol adweithio'n gemegol â'r pwll tawdd (ee, N₂ gan ffurfio nitridau â Cr mewn dur), gan newid cyfansoddiad weldio a bod angen dewis gofalus.

Enghreifftiau cais materol:
- Dur: Ar gyfer dalennau tenau (<3 mm), argon ensures surface smoothness, with oxidation layer thickness of only 0.5 μm on a 1.5 mm low-carbon steel weld. For thick plates (>10 mm), mae ychwanegiad heliwm yn gwella treiddiad.
- Dur di-staen: Mae amddiffyniad Argon yn atal colled Cr. Mewn dur di-staen 3 mm o drwch 304, mae cynnwys Cr yn y weldiad yn cyrraedd 18.2% (yn agos at 18.5% yn y metel sylfaen). Mae dur gwrthstaen dwplecs angen cymysgeddau Ar-N₂ (N₂ Llai na neu hafal i 5%) ar gyfer cydbwysedd cyfnod. Mae ymchwil yn dangos, gyda dur di-staen 2205 dwplecs 8 mm o drwch, bod Ar-2% N₂ yn cynnal cymhareb ferrite / austenit o 48:52 a chryfder tynnol o 780 MPa, sy'n well nag Ar pur (720 MPa).
- Aloeon alwminiwm: Ar gyfer dalennau tenau (<3 mm), high reflectivity reduces absorption. Helium, with its high ionization energy, stabilizes plasma. In 2 mm thick 6061 aluminum alloy, helium shielding achieves 1.8 mm penetration, 25% deeper than with argon, with porosity below 1%. For thick plates (>5 mm), Mae'n-Ar cymysgeddau (3:1) yn cydbwyso treiddiad a chost. Er enghraifft, cyflawnodd weldio plât 8 mm o drwch 5083 gyda nwy cymysg dreiddiad 6.2 mm, 35% yn ddyfnach nag Ar pur, tra'n lleihau cost 20%.

Prosesu Pelydr Laser a Electron

03 Dylanwad Cyfradd Llif Nwy Gwarchod

Mae'r gyfradd llif nwy cysgodi yn effeithio'n uniongyrchol ar allu cwmpas a deinameg hylif pwll tawdd. Mae llif annigonol yn methu ag ynysu aer yn llawn, gan arwain at ocsidiad a mandylledd. Gall llif gormodol achosi cynnwrf, sgwrio'r pwll tawdd ac achosi pantiau neu wasgaru. Yn ôl rhif Reynolds (Re=ρvD/μ), mae llif uwch yn cynyddu cyflymder, a phan Re> 2300, mae llif laminaidd yn trawsnewid i gynnwrf, gan ansefydlogi'r pwll tawdd. Felly, rhaid pennu'r gyfradd llif critigol yn arbrofol neu drwy efelychiad CFD.

[Delwedd: Ffigur 2. Dylanwad gwahanol gyfraddau llif nwy cysgodi ar welds]

Rhaid i optimeiddio llif ystyried dargludedd thermol a thrwch plât:
- Steel and stainless steel: For thin low-carbon steel (1–2 mm), 10–15 L/min is suitable. For thicker plates (>6 mm), 18-22 L/munud i atal ocsidiad. Er enghraifft, gyda dur gwrthstaen 316L 6 mm o drwch, fe wnaeth 20 L/mun wella unffurfiaeth caledwch HAZ 30%.
- Aluminum alloys: High thermal conductivity requires higher flow to prolong protection. In 3 mm thick 7075 aluminum alloy, 25–30 L/min minimized porosity (0.3%). For plates >10 mm, chwythu cyfansawdd yn angenrheidiol er mwyn osgoi cynnwrf.

Prosesu Pelydr Laser a Electron

04 Dylanwad Dulliau Chwythu Nwy Gwarchod

Mae'r dull chwythu, trwy reoli cyfeiriad a dosbarthiad llif aer, yn effeithio'n uniongyrchol ar lif pwll tawdd ac atal diffygion. Mae'n newid graddiannau tensiwn arwyneb a llif Marangoni, gan reoleiddio dynameg pyllau tawdd. Mae chwythu ochr-yn ysgogi llif cyfeiriadol, gan leihau mandylledd a chynhwysiant, tra bod chwythu cyfansawdd yn cydbwyso dosbarthiad egni ac yn gwella unffurfiaeth weldio.

[Delwedd: Ffigur 3. Dylanwad gwahanol ddulliau chwythu ar welds]

Prif ddulliau chwythu:
- Chwythu cyfechelog: Mae llif aer yn gyfechelog gyda'r pelydr laser, yn gorchuddio'r pwll tawdd yn gymesur, sy'n addas ar gyfer weldio cyflymder uchel. Mae'n sicrhau sefydlogrwydd proses uchel ond gall ymyrryd â chanolbwyntio â laser. Er enghraifft, gyda dur modurol galfanedig 1.2 mm, cynyddodd chwythu cyfechelog gyflymder weldio i 40 mm / s, gyda spatter<0.1.
- Chwythu ochr -: Mae llif aer yn mynd i mewn o'r ochr, gan glirio plasma ac amhureddau i bob pwrpas, sy'n addas ar gyfer weldio treiddiad dwfn. Ar gyfer dur Q345 12 mm o drwch ar ochr 30 gradd-chwythu, cynyddodd treiddiad 18%, a gostyngodd mandylledd o 4% i 0.8%.
- Chwythu cyfansawdd: Gan gyfuno cyfechelog ac ochr-chwythu, mae'n atal ocsidiad ac ymyrraeth plasma ar yr un pryd. Ar gyfer aloi alwminiwm 6061 3 mm o drwch gyda dyluniad ffroenell deuol, gostyngodd mandylledd o 2.5% i 0.4%, gyda chryfder tynnol yn cyrraedd 95% o'r deunydd sylfaen.

05 Casgliad

Mae dylanwad cysgodi nwy ar ansawdd weldio yn ei hanfod yn deillio o'i reoleiddio ar drosglwyddo ynni, thermodynameg pwll tawdd, ac adweithiau cemegol:
1. Trosglwyddo ynni: Mae dargludedd thermol uchel Heliwm yn cyflymu oeri, gan leihau lled HAZ; mae dargludedd isel argon yn ymestyn oes y pwll tawdd, gan fod o fudd i ffurfio dalennau tenau.
2. Sefydlogrwydd pwll tawdd: Mae cneifio llif aer yn effeithio ar lif pwll tawdd. Mae llif priodol yn atal spatter, tra bod llif gormodol yn achosi fortais a diffygion.
3. Diogelu cemegol: Mae nwyon anadweithiol yn ynysu ocsigen, gan atal ocsidiad elfennau aloi (ee, Cr, Al). Mae nwyon actif (ee, N₂) yn newid priodweddau weldio trwy gryfhau toddiant solet neu ffurfio cyfansawdd, ond mae angen rheolaeth fanwl gywir arnynt.

Prosesu Pelydr Laser a Electron

Ffynhonnell: Casglwyd gan dîm golygyddol cyfrif cyhoeddus WeChat "Technoleg a Chymwysiadau Prosesu Pelydr Ynni Uchel-."