保護(hù)氣體的作用

在激光焊接中，保護(hù)氣體會(huì)影響焊縫成型、焊縫質(zhì)量、焊縫熔深及熔寬，極大多數(shù)情況下，吹入保護(hù)氣體會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn)生積極的影響作用，但是也可能會(huì)帶來(lái)不利的作用。

積極作用

1）正確的吹入保護(hù)氣體會(huì)有效保護(hù)焊縫熔池減少甚至避免被氧化；

2）正確的吹入保護(hù)氣體可以有效減小焊接過(guò)程中產(chǎn)生的飛濺；

3）正確的吹入保護(hù)氣體可以促使焊縫熔池凝固時(shí)均勻鋪展，使得焊縫成型均勻美觀；

4）正確的吹入保護(hù)氣體可以有效減小金屬蒸汽羽或者等離子云對(duì)激光的屏蔽作用，增大激光的有效利用率；

5）正確的吹入保護(hù)氣體可以有效減少焊縫氣孔。

只要?dú)怏w種類、氣體流量、吹入方式選擇正確，完全可以獲得理想的效果。但是，不正確的保護(hù)氣體使用方式也會(huì)給焊接帶來(lái)不利的影響。

不利影響

1）不正確的吹入保護(hù)氣體可能會(huì)導(dǎo)致焊縫變差：

2）選擇錯(cuò)誤的氣體種類可能會(huì)導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋，也可能會(huì)導(dǎo)致焊縫力學(xué)性能降低；

3）選擇錯(cuò)誤的氣體吹入流量可能會(huì)導(dǎo)致焊縫氧化更嚴(yán)重（無(wú)論是流量過(guò)大還是過(guò)小），也可能導(dǎo)致焊縫熔池金屬被外力干擾嚴(yán)重造成焊縫塌陷或者成型不均勻；

4）選擇錯(cuò)誤的氣體吹入方式會(huì)導(dǎo)致焊縫達(dá)不到保護(hù)效果甚至基本無(wú)保護(hù)效果或者對(duì)焊縫成型產(chǎn)生消極影響；

5）吹入保護(hù)氣體會(huì)對(duì)焊縫熔深產(chǎn)生一定影響，尤其的是薄板焊接時(shí)，會(huì)減小焊縫熔深。

保護(hù)氣體的種類

常用的激光焊接保護(hù)氣體主要有N2、Ar、He，其物化性質(zhì)各有差異，也因此對(duì)焊縫的作用效果也各不相同。

1. 氮?dú)釴2

N2的電離能適中，比Ar的高，比He的低，在激光作用下電離程度一般，可以較好的減小等離子體云的形成，從而增大激光的有效利用率。氮在一定溫度下可以與鋁合金、碳鋼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氮化物，會(huì)提高焊縫脆性，韌性降低，對(duì)焊縫接頭的力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生較大的不利影響，所以不建議使用氮?dú)鈱?duì)鋁合金和碳鋼焊縫進(jìn)行保護(hù)。

而氮與不銹鋼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氮化物可以提高焊縫接頭的強(qiáng)度，會(huì)有利于焊縫的力學(xué)性能提高，所以在焊接不銹鋼時(shí)可以使用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體。

2. 氬氣Ar

Ar的電離能相對(duì)最低，在激光作用下電離程度較高，不利于控制等離子體云的形成，會(huì)對(duì)激光的有效利用率產(chǎn)生一定的影響，但是Ar活性非常低，很難與常見(jiàn)金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且Ar成本不高，除此之外，Ar的密度較大，有利于下沉至焊縫熔池上方，可以更好的保護(hù)焊縫熔池，因此可以作為常規(guī)保護(hù)氣體使用。

3. 氦氣He

He的電離能最高，在激光作用下電離程度很低，可以很好的控制等離子體云的形成，激光可以很好的作用于金屬，而且He活性非常低，基本不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是很好的焊縫保護(hù)氣體，但是He的成本太高，一般大批量生產(chǎn)型產(chǎn)品不會(huì)使用該氣體，He一般用于科學(xué)研究或者附加值非常高的產(chǎn)品。

保護(hù)氣體的吹入方式

保護(hù)氣體的吹入方式目前主要有兩種：一種是旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體，如圖1所示；另一種是同軸保護(hù)氣體，如圖2所示。

圖1 旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體

圖2 同軸保護(hù)氣體

兩種吹入方式具體該怎么選擇是多方面綜合考慮的，一般情況下建議采用側(cè)吹保護(hù)氣體的方式。

保護(hù)氣體吹入方式選擇原則

首先需要明確的是，所謂的焊縫被“氧化”僅是一種俗稱，理論上是指焊縫與空氣中有害成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致焊縫質(zhì)量變差，常見(jiàn)是焊縫金屬在一定溫度下與空氣中的氧、氮、氫等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

防止焊縫被“氧化”就是減少或者避免這類有害成分與高溫狀態(tài)下的焊縫金屬接觸，這種高溫狀態(tài)不僅僅是熔化的熔池金屬，而是從焊縫金屬被熔化時(shí)一直到熔池金屬凝固并且其溫度降低至一定溫度以下整個(gè)時(shí)間段過(guò)程。

比如說(shuō)鈦合金焊接，當(dāng)溫度在300℃以上時(shí)能快速吸氫，450℃以上時(shí)能快速吸氧，600℃以上時(shí)能快速吸氮，所以鈦合金焊縫在凝固后并且溫度降低至300℃以下這個(gè)階段內(nèi)均需受到有效的保護(hù)效果，否則就會(huì)被“氧化”。

從上述描述不難明白，吹入的保護(hù)氣體不僅僅需要適時(shí)對(duì)焊縫熔池進(jìn)行保護(hù)，還需要對(duì)已經(jīng)焊接過(guò)的剛剛凝固的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，所以一般均采用圖1所示的旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體，因?yàn)檫@種方式的保護(hù)方式相對(duì)于圖2中的同軸保護(hù)方式的保護(hù)范圍更廣泛，尤其是對(duì)焊縫剛剛凝固的區(qū)域有較好的保護(hù)。

旁軸側(cè)吹對(duì)于工程應(yīng)用來(lái)說(shuō)，不是所有的產(chǎn)品都能夠采用旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體的方式，對(duì)于某些具體的產(chǎn)品，只能采用同軸保護(hù)氣體，具體需要從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及接頭形式進(jìn)行有針對(duì)性的選擇。

具體保護(hù)氣體吹入方式的選擇

1. 直線焊縫

如圖3所示，產(chǎn)品的焊縫形狀為直線狀，接頭形式為對(duì)接接頭、搭接接頭、陰角角縫接頭或者疊焊接頭均可，此類型的產(chǎn)品均是采用圖1所示的旁軸側(cè)吹保護(hù)氣體方式為佳。

圖3 直線狀焊縫

2. 平面封閉圖形焊縫

如圖4所示，產(chǎn)品的焊縫形狀為平面圓周狀、平面多邊形狀、平面多段線狀等封閉型圖形，接頭形式為對(duì)接接頭、搭接接頭、疊焊接頭等均可，此類型產(chǎn)品均是采用圖2所示的同軸保護(hù)氣體方式為佳。

圖4 平面封閉圖形狀焊縫

保護(hù)氣體的選用直接影響到焊接生產(chǎn)的質(zhì)量、效率及成本，但由于焊接材質(zhì)的多樣性，在實(shí)際焊接過(guò)程中，焊接氣體的選用也比較復(fù)雜，需要綜合考慮焊接材質(zhì)、焊接方法、焊接位置，以及要求的焊接效果，通過(guò)焊接測(cè)試才能選擇更適合的焊接氣體，達(dá)到更佳的焊接結(jié)果。