Лазерлік дәнекерлеу қолданыстары үшін қорғаныс газын таңдау

Лазерлік дәнекерлеуде қорғаныс газының негізгі қызметтері

Балқыған дәнекерлеу бассейнінің тотығуы мен ластануын болдырмау

Қорғаныс газы дәнекерлеу кезінде балқыған металға дәнекерлеушілер «инертті қорғаныс» деп атайтын орта құрады. Бұл ауаның оттегі мен азот сияқты компоненттерін ыстық металл қоспасына түсуін болдырады. Егер бұл элементтер қатысса, олар микроскопиялық кеуектер (кеуектілік) пайда болуына, металдың созылғыштығының төмендеуіне және уақыт өте келе коррозияға төзімділіктің төмендеуіне әкеледі. Бұл титан қорытпалары немесе алюминий парақтары сияқты сыртқы факторларға өте сезімтал металдармен жұмыс істеген кезде ерекше маңызды. Газдың қамтамасыз етуін тұрақты және дұрыс реттеу металлдың құрылымдық қасиеттерін сақтауда шешуші роль атқарады. Көптеген цехтар қорғаныс газының сапалы қамтамасыз етілуі лазерлік дәнекерлеу жабдығында таза дәнекерлер мен берік қосылыстар алуға кепілдік беретінін біледі.

Лазерлік сәулелердің металлға жақсы жұтылуын қамтамасыз ету үшін плазмалық шашырауын тежеу

Қосындыларды пісіру үшін жоғары қуатты лазерлерді қолданған кезде пайда болатын күшті жылу айналасындағы ауа мен металдың буларын иондайды, нәтижесінде плазмалық шашақ пайда болады. Бұл шашақ лазер сәулесі өткен кезде оның бір бөлігін жұтады және шашыратады. Мұнда гелий өте жоғары иондану потенциалы (шамамен 24,6 эВ) салдарынан өте тиімді болады. Denali Weld зерттеулеріне сәйкес, бұл қасиет плазма әсерін қатты төмендетеді, сондықтан аргон газын қолданғанға қарағанда шамамен 40% көп лазерлік энергия пісірілетін материалға жетеді. Нәтижесі қандай? Жақсы сәуле қосылуы тереңдіктің тұрақтылығын және пісіру пішінінің болжануын қамтамасыз етеді, бұл өндірістік кәсіпорындардағы ірі өнеркәсіптік лазерлік пісіру операцияларын тұрақты ұстау үшін міндетті талап.

Оптикалық компоненттерді қорғау және лазерлік пісіру машинасының қызмет көрсету мерзімін ұзарту

Қорғаныс газы — бұл металдық булдар мен шашырауын осындай сезімтал фокустау оптикасынан алыстаған қорғаныс кедергісі ретінде қызмет етеді. Егер мұндай қорғаныс болмаса, кішкентай ластану бөлшектері уақыт өте келе объективтерге жинала бастайды. Бұл жиналу лазерлік сәуленің сапасына қатты әсер етеді және техниктердің осы компоненттерді тазарту немесе жиірек ауыстыруын қажет етеді. Салалық зерттеулерге сәйкес, газ ағысын дұрыс реттеу оптикалық компоненттердің жылдық ауыстыруын шамамен 35% қысқартуға мүмкіндік береді. Дұрыс қорғаныс арқылы оптикалық сапаны ұстап тұру тек құрылғының қызмет ету мерзімін ұзартпайды, сонымен қатар лазерлік шығысты күнделікті тұрақты қолданатын өндірушілердің жалпы пайдалану шығындарын да маңызды деңгейде азайтады.

Газ қасиеттерін талдау: Лазерлік дәнекерлеу машиналары үшін аргон, гелий, азот және олардың қоспалары

Иондалу потенциалы, жылу өткізгіштігі және тығыздығы — газ физикасының пенетрация мен тұрақтылыққа әсер етуі

Дәнекерлеу қолданбалары үшін қорғаныс газдарын таңдаған кезде қарастырылатын үш негізгі фактор бар: плазманың қалай оңай түзілетінін анықтайтын иондану потенциалы, жылу өткізгіштігі — бұл жылу берілуінің тиімділігін анықтайды, сонымен қатар процеске кезінде қамту тұрақтылығын әсер ететін тығыздық. Гелий өзінің жоғары иондану потенциалымен ерекшеленеді, бұл керексіз плазма шашырауын болдырмауға көмектеседі. Бұл оның лазерлік энергиясының көпшілігі қажетті орында, яғни әдетте 98% немесе одан да жоғары деңгейде, шоғырланып тұратынын білдіреді. Гелийдің жылу өткізгіштігі аргонмен салыстырғанда шамамен алты есе жоғары, сондықтан ол материалдарға әлдеқайда тереңірек проникациялайды. Мысалы, 8 мм қалыңдығындағы шойын болатының парақтары үшін дәнекерлеушілер аргон орнына гелий қолданған кезде тереңдіктің шамамен 40%-ға артуын бақылайды. Аргонның тығыздығы шамамен 1,78 кг/м³ құрайды, сондықтан ол турбуленттіліксіз жұқа металл парақтарын салыстырмалы түрде тегіс қаптау үшін өте жақсы келеді. Азот тығыздығы бойынша екеуінің ортасында орналасады және аустенитті шойын болаттармен жұмыс істеу үшін жақсы құндылық ұсынады, бірақ дәнекерлеушілер азот титан бөлшектерімен қолданған кезде нитрид түзілуі арқылы сусыздану проблемаларына әкелуі мүмкін болғандықтан, оған назар аударуы қажет. Дұрыс газды таңдау негізінен өңделетін материал қалыңдығы мен нақты қосылу дизайны талаптарына тәуелді.

Дәнекерлеу сапасындағы компромисстік шешімдер: гелийдің терең проникновениесі мен аргонның төмен шашырауы мен құнының тиімділігі

Гелий өте жақсы жұмыс істейді, терең проникновение қамтамасыз етеді, кейде алюминий бөлшектеріне 12 мм-ге дейін тереңдікке енеді. Бірақ бұған бір шарт бар. Оның құны аргонға қарағанда шамамен 3–5 есе қымбат, сонымен қатар оның пайдаланылуы кезінде газ ағысы өте турбулентті болғандықтан, шашырау құбылысы күшейеді. Аргон жалпы алғанда доғаның тұрақтылығын жақсартады, сондықтан оның қолданылуы гелийге қарағанда шашырауды шамамен отыз пайызға азайтады. Сонымен қатар, оптикалық компоненттерді ластанудан қорғайды, сондықтан қызмет көрсету қажеттілігі сирек туындайды және жұмыс істеу шығындары төмен болады. Аустенитті коррозияға төзімді болатпен жұмыс істейтін және бюджеті шектеулі цехтар үшін азот та жақсы таңдау болуы мүмкін. Ол материалдың аустенитті құрылымын сақтауға көмектеседі және коррозияға төзімділігін нашарлатпайды, бірақ оны титан немесе алюминий үшін қолдануға болмайды. Әртүрлі газдар арасындағы компромиссті таңдау кезінде аралас қоспалар жиі қолайлы болады. 90% гелий мен 10% аргоннан тұратын қоспа терең балқу тереңдігін сақтайды және бір уақытта беткі өңдеудің сапасын жақсартады. Ал 70% аргон мен 30% азоттан тұратын қоспа тамақ өнеркәсібінде қолданылатын коррозияға төзімді болат үшін өте тиімді болады, мұнда құнының тиімділігі мен маңызды гигиеналық стандарттарды сақтау бірдей маңызды.

Материалға оптималды қорғаныс газын таңдау стратегиялары: шымір, алюминий және титан

Алюминий: оксидті бұзу және тұрақты кілт тесік динамикасы үшін гелийға бай қоспалар

Алюминийдегі (Al2O3, еріген температурасы шамамен 2072 градус Цельсий) отқа төзімді оксид қабаты материалдардың дәл осы пайдаланылатын пішінде бірігуіне кедергі келтіреді, сондықтан пішінде әртүрлі кеуектілік мәселелері туындайды. Дәл осы себептен дәнекерлеушілер гелийге бай газ қоспаларын (шамамен 70%–90% аралығында) қолданған кезде осы мәселелерден құтыла алады, өйткені гелийдің жоғары жылу өткізгіштігі мен иондану деңгейі бар. Бұл қиын өтетін оксид қабаттарын жояды және дәнекерлеу кезінде кілт тесіктің тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Нәтижесінде? Дәнекерленген аймақта тереңдігі әлдеқайда жақсарып, біркелкі таратылуы қамтамасыз етіледі; өткен жылғы «Welding Journal» журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, жоғары сапалы әуе-ғарыш қолданыстарында кеуектілік көлемі аргон газымен салыстырғанда 30%-ға дейін азаяды. Сонымен қатар, газ ағысын дәл реттеу де өте маңызды, өйткені тұрақсыз ағыс қорытпаның соңғы өніміне жаңа ақаулар енгізуі мүмкін турбулентті жағдайларға әкеледі.

Темірқорытпалардан жасалған және титан: инерттілікті, құнын және линзаны қорғауды теңестіретін аргон негізіндегі қоспалар

Тұтқысыз болат пен титан аргонмен жақсы жұмыс істейді, өйткені ол реакция жасамайды, ақшаны үнемдейді және қазіргі кезде барлық жерде кездесетін ауыр лазерлік дәнекерлеушілермен жақсы жұмыс істейді. Тұтас аргон тот баспайтын металлмен жұмыс істегенде тотығудың алдын алады, ол заттардың тозуын болдырмайды және барлық адамдар көргісі келетін сұлу дәнекерлеу бұрандасын сақтайды. Титанның айырмашылығы, тіпті аз мөлшерде оттегі немесе азот оны ыдырап қалады. Кейбір дүкендер аргонды 1-2% сутекпен араластырады, бірақ бұл үшін 50 миллионға бір бөлігінен төмен ылғалдылық деңгейіне және газдың ағыны жылдамдығына мұқият назар аудару қажет. Аргонның аз бүркіп шығатыны тағы бір артықшылық. Төменгі шашырату жабдықтың таза оптикасын білдіреді, және өндірушілер өздерінің қондырғыларын үздіксіз жұмыс істегенде жыл сайын қызмет көрсету шығыстарына шамамен 40% үнемдейді.

Сенімді лазерлік дәнекерлеу машинасының жұмысы үшін практикалық жеткізу оптимизациясы

Ағыс жылдамдығын реттеу: турбуленттілікті болдырмау (көпіршіктер) және жеткіліксіз қаптау (оксидтену)

Сонымен қатар, пішірілген қосылыстың сапасына әсер ететін негізгі фактор — ағыс жылдамдығы. Егер ол 15–20 литр/минутадан төмен болса, пішірілу аймағына ауа ұстап қалынуы мүмкін, бұл тотығу проблемаларына әкеледі. Керісінше, ағыс жылдамдығы 30 литр/минутадан асып кетсе, турбуленттілік нәтижесінде балқыған металл көлеміне газ көпіршіктері тұтылып қалады, сондықтан жағдай күрделенеді. Пішірілу металлургиясы бойынша жүргізілген зерттеулер бұл қуыс тығыздығын 40%-ға дейін арттыруы мүмкін екенін көрсетеді. Дегенмен, оптималды тепе-теңдікті табу оңай емес. Ол пішірілу төртбұрышының конструкциясына, пішірілетін материалдың қалыңдығына және пішірілу басының өңделетін бетпен қозғалу жылдамдығына байланысты өзгереді. Негізінен, тұрақты нәтижелерге қол жеткізгісі келетін әрбір адам осы ағыс жылдамдықтарын редовы түрде тексеруі тиіс. Бұл орындалу үшін жүйеге ағыс өлшегіштерін орнату қажет, олар лазерлік пішірілу машинасының басқару жүйесімен үйлесімді жұмыс істейді, сондықтан операторлар өндіріс процесінің кез келген уақытында қайталанатын жұмыс сапасын нақты бақылай алады.

Коаксиалдық және жақты ағызу: дәнекерлеу геометриясының тұрақтылығына және өнеркәсіптік лазерлік дәнекерлеу машиналарымен жүйеге интеграцияға әсер ету

Жеткізу әдісі дәнекерлеу тұрақтылығына және өндіріс икемділігіне әсер етеді:

Коаксиалдық форсункалар лазерлік сәулені және қорғаныс газын тығыз бірге жұмыс істеуге ұстайды, бұл тез автоматтандырылған дәнекерлеу жұмыстарын орындаған кезде өте маңызды. Бірақ бұл орнатулар тиімді болу үшін оптикалық компоненттерге тұрақты назар аударуды талап етеді. Жанама ағыс жүйелері әдетте қолайлы жұмыс орнына оңай орналасады және дәнекерлеушілерге қиын жерлерде дәнекерлеу орындарына жету мүмкіндігін жақсартады. Алайда олардың өзіндік қиындықтары да бар. Операторлар жиі дәнекерлеу аймағында қорғаныс газының бағытталған ағысына байланысты горелканың қозғалыс жылдамдығын немесе қуат параметрлерін реттеуі керек. Тәжірибеде барлық ірі өнеркәсіптік лазерлік дәнекерлеу жабдықтары осы екі конфигурацияның кез келгенін таңдау мүмкіндігін ұсынады. Олардың арасынан таңдау әдетте күнделікті қанша бөлшек дәнекерленуі керек, олардың нақты пішіндері қандай және барлық процестің практикада қаншалықты автоматтандырылуы керек сияқты факторларға байланысты.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Лазерлік дәнекерлеуде қорғаныс газы неге маңызды?

Қорғаныс газы лазерлік дәнекерлеуде маңызды рөл атқарады, өйткені ол тотығу мен ластануды болдырмауға және плазмалық шашырауын басу арқылы лазерлік сәулесінің тұрақтылығын қамтамасыз етуге көмектеседі. Сонымен қатар ол оптикалық компоненттерді қорғап, лазерлік дәнекерлеу машинасының қызмет көрсету мерзімін ұзартады.

Қорғаныс газы ретінде аргонға қарағанда гелийді пайдаланудың артықшылықтары қандай?

Гелийдің иондану потенциалы жоғары болғандықтан, плазмалық шашырауының пайда болуы азаяды, сондықтан лазерлік энергия көбірек дәнекерлеу аймағына жетеді. Гелийдің жылу өткізгіштігі де жоғары болғандықтан, ол тереңірек дәнекерлеуге мүмкіндік береді, бірақ ол аргонға қарағанда қымбаттау және көбірек шашырауға әкеледі.

Алюминий, титан және коррозияға төзімді болатты дәнекерлеу үшін қандай газдар оптималды?

Алюминийді дәнекерлеу үшін оксид қабатын бұзу қабілеті бар гелийге бай қоспалар ұсынылады. Коррозияға төзімді болатқа таза аргон немесе аз мөлшерде оттегі қосылған аргон тиімді, ал титан үшін аргон немесе аргон-сутегі қоспалары қолданылады, бірақ ылғалдың мөлшері қатаң бақылануы тиіс.

Қорғаныс газын жеткізу әдісі дәнекерлеу сапасына қалай әсер етеді?

Қорғаныс газын жеткізу әдісі — орталықтан (коаксиалды) немесе бүйірлік ағыс арқылы — дәнекерлеу пішіні мен жүйенің интеграциясына әсер етеді. Роботтық ұяшықтар үшін коаксиалды әдіс идеалды, себебі ол біркелкі қорғаныс қамтамасыз етеді, ал бүйірлік ағыс жүйелерін қайта жабдықтау оңайырақ және олар қолмен басқарылатын станцияларға жақсы сыйылады.