Защитный газ в лазерной сварке

Разные технологии сварки предполагают возможность работать как в среде защитного газа, так и без него, но для лазерной сварки защитный газ выполняет несколько важных функций, существенно влияющих на качество результата. Перед началом использования аппарата лазерной сварки оператор должен определить, какой газ используется при сварке данного вида материалов, выбрать метод и давление продувки. Подробнее о пользе защитного газа и особенностях выбора подходящего варианта поговорим ниже.

Зачем газ в лазерной сварке

В сварочных аппаратах газ может быть использован для создания защитной среды, в качестве вспомогательного элемента, и для усиления эффекта работы аппарата (при использовании активных газов, которые вступают в экзотермическую реакцию).

Суть процесса лазерной сварки заключается в расплавлении двух заготовок высокоэнергетическим лазерным лучом и соединении их. При высоких температурах расплавление металлов сопровождается газификацией, образуется плазма паров металлов, что мешает работе лазерного луча. Он может поглощаться, преломляться, отражаться образовавшейся плазмой, что ослабит энергию луча, направленную на заготовку, а также повлияет на стабильность расплавленной поверхности. Для подавления образования плазмы используется продувка газом с высокими показателями ионизации. Также газ для лазерной сварки способствует изоляции воздуха в процессе воздействия лазерного луча, что препятствует окислению сварочной ванны, снижает объем брызг, позволяет создавать ровный шов. Газ препятствует контакту сварного шва и компонентов воздуха (кислорода, азота, водорода) от момента плавления заготовок до затвердевания готового шва, его остывания до температуры, при которой окисление уже не опасно. Так же защитный газ используется для обдува оптической системы сварочной головки.

То есть выбирая, какой газ используется для лазерной сварки, нужно учитывать его инертность, а также физические и химические свойства, влияющие на взаимодействие с разными типами металлов при высоких температурах.

Преимущества

Вне зависимости от того, какой газ используется в лазерной сварке, его применение имеет свои плюсы:

При грамотной подаче защищается ванна расплава, снижается негативное воздействие окисления.
Уменьшается количество брызг расплавленного металла.
Расплав распределяется равномерно по поверхности, повышается качество соединения заготовок, шов выглядит более ровным и менее заметным.
Повышается эффективность использования лазера за счет продувки паров газа.
При правильном использовании уменьшается количество микропор на шве между деталями.

Недостатки

При нарушениях технологического процесса возможны негативные последствия:

Неправильно подобранная технология продувки снижает качество шва.
Важно точно знать, какой газ подходит для лазерной сварки данного металла, в противном случае шов может растрескаться.
Необходимо грамотно выбирать режим скорости, высокая или недостаточная скорость приводит к формированию неровных или негерметичных швов.
Продувать газ следует подходящим способом, иначе защита окажется недостаточной.

Следует учитывать также сквозное проплавление, особенно при работе с тонколистовыми материалами.

Какой газ нужен для лазерной сварки

Разберем подробнее, какой газ подходит для лазерной сварки разных металлов. При выборе учитываются свойства самого металла заготовок, толщина, а также вопрос экономической целесообразности.

В сварке преимущественно используются три вида газа.

Аргон

Один из самых бюджетных инертных газов, что обеспечило его популярность. Длину волны лазера аргон не поглощает, однако при использовании Ar поверхностная плазма все равно присутствует. Благодаря высокой плотности и инертности этого газа, он хорошо защищает окружающую среду, его низкая активность позволяет работать с большинством обычных металлов, поэтому аргон вполне эффективен как защитный газ. При увеличении мощности процесс фокусировки ухудшается. Для повышения стабильности возможно соединения газов, например, аргона и гелия или аргона и углекислого газа. Присоединение гелия позволяет снизить температуру плазмы и сделать ее более прозрачной, что увеличивает качество работ.

Азот

Компромиссный вариант: ионизация газа выше по сравнению с аргоном, но ниже, чем, например, у гелия. Степень ионизации этого газа не изменяется под воздействием лазерного луча, что способствует образованию плазменного облака и усилению воздействия. N2 применяют для работ с нержавеющей сталью: использование этого газа повышает прочность механического соединения. При этом наблюдается обратная реакция при сварке углеродистой стали или алюминиевых заготовок, поэтому N2 не рекомендуется использовать с перечисленными материалами.

Гелий

Если говорить о том, какой газ используется для лазерной сварки и что он дает, то за эталон стоит брать He. Это самый предпочтительный вариант – при высокой энергии ионизации под воздействием лазера газ показывает низкую степень ионизации, хороший контроль образования плазменного облака, практически полное отсутствие реакции с металлами, однако из-за высокой себестоимости гелий не выгоден в массовом производстве. Его чаще применяют в лабораторных условиях или для изготовления штучных изделий из меди и ее сплавов (латунь, бронза).

Способы продувки

Существует два варианта:

Боковой. Наиболее часто используемый метод.
Коаксиальный. Применяется при формировании графических замкнутых швов.

Конкретный вид обдува выбирается с учетом формы соединения, характеристик материала, вида шва: встык, внахлест, с учетом угла соединения и пр.

Лазерные сварочные аппараты

Отвечая на вопрос, какие газы применяются в лазерной сварке, не можем не отметить типы аппаратов. Разные компании предлагают на выбор оборудование, которое позволяет использовать один или несколько типов газов, выбирать режимы и т.д. Так, системы LIGHTWELD 1500 могут работать с разными типами газов, сваривая все распространенные виды металлов различных толщин. Работы с защитным газом предпочтительнее: его применение повышает прочностные характеристики шва, а также способствует комфортному проведению работ за счет меньшего количества брызг. Газовая среда не оказывает негативного влияния на лазерное излучение и нужна для защиты шва и продувки оптической системы сварочной головки. Подача газа начинается за несколько секунд до активации лазерного излучения и продолжается на продолжении всего периода сварочных работ. Если подача по каким-либо причинам не началась, работа оборудования будет заблокирована. В режиме ручной сварки возможно использование присадочного материала: при работе с широкими швами и при зазорах между деталями более 0,5 мм.

Компания «ИТЦ ЛазерТех» реализует аппараты для лазерной сварки металла производства IPG Photonics. Наши аппараты подходят как для бытового использования, так и для применения в области автомобилестроения, машиностроения, производства, авиапромышленного комплекса, строительства. Надежные технологии и доступная цена — за эти качества наши клиенты выбирают сварочное оборудование LIGHTWELD. Вы можете связаться с нами, чтобы узнать точно, какой газ при лазерной сварке лучше использовать в вашем случае и как работать с защитными газами на аппаратах ручной лазерной сварки LIGHTWELD. У нас вы можете подобрать подходящее оборудование, купить расходники, а также пройти обучение работе с оборудованием и улучшить свои навыки.