Apakah Parameter Utama Kimpalan Penembusan Dalam Laser (3)

Gas pelindung

Dalam proses pengelasan laser, gas lengai sering digunakan untuk melindungi kolam lebur. Apabila beberapa bahan dikimpal, pengoksidaan permukaan mungkin tidak dipertimbangkan, tetapi perlindungan mungkin tidak dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, untuk kebanyakan aplikasi, helium, argon, nitrogen dan gas lain sering digunakan sebagai pelindung untuk membuat benda kerja di Elakkan pengoksidaan semasa kimpalan.

Helium tidak mudah diionisasi (tenaga pengionan yang lebih tinggi), yang membolehkan laser melepasi dengan lancar, dan tenaga pancaran mencapai permukaan benda kerja tanpa halangan. Ini adalah gas pelindung yang paling berkesan digunakan dalam kimpalan laser, tetapi lebih mahal.

Argon lebih murah dan lebih padat, jadi kesan perlindungannya lebih baik. Walau bagaimanapun, ia rentan terhadap pengionan plasma logam suhu tinggi, yang melindungi sebahagian rasuk daripada diarahkan ke benda kerja, mengurangkan daya laser yang berkesan untuk kimpalan, dan juga merosakkan kelajuan dan penembusan kimpalan. Permukaan pengelasan yang dilindungi oleh argon lebih halus daripada ketika dilindungi oleh helium.

Nitrogen adalah gas pelindung yang paling murah, tetapi tidak sesuai untuk mengimpal jenis keluli tahan karat tertentu, terutamanya kerana masalah metalurgi, seperti kadang-kadang menghasilkan liang di kawasan bertindih.

Fungsi kedua menggunakan gas pelindung adalah melindungi lensa fokus dari pencemaran wap logam dan percikan titisan cair. Terutama dalam pengelasan laser berkuasa tinggi, kerana bahan yang dikeluarkan sangat kuat, lebih penting melindungi lensa pada masa ini.

Peranan ketiga melindungi gas adalah untuk menghilangkan pelindung plasma yang dihasilkan oleh pengelasan laser berkuasa tinggi. Wap logam menyerap tenaga pancaran laser dan mengion menjadi awan plasma, dan gas pelindung di sekitar wap logam juga diionisasi dengan pemanasan. Sekiranya terdapat terlalu banyak plasma, tenaga sinar laser akan digunakan oleh plasma hingga tahap tertentu. Plasma wujud di permukaan benda kerja sebagai sumber tenaga kedua, yang menjadikan kedalaman penembusan cetek dan permukaan kolam las lebih lebar. Tingkatkan kadar pengumpulan semula elektron dengan meningkatkan perlanggaran elektron tiga badan dengan atom neutral untuk mengurangkan ketumpatan elektron dalam plasma. Semakin ringan atom neutral, semakin tinggi frekuensi perlanggaran dan semakin tinggi kadar pengumpulan semula. Sebaliknya, hanya gas pelindung dengan tenaga pengionan yang tinggi tidak akan meningkatkan ketumpatan elektron kerana pengionan gas itu sendiri.

Jadual 1. Jisim atom (molekul) dan tenaga pengionan beberapa gas dan logam

Dari jadual dapat dilihat bahawa ukuran plasma berkaitan dengan gas pelindung yang digunakan, helium adalah yang terkecil, diikuti oleh nitrogen, dan yang terbesar ketika menggunakan argon. Semakin besar ukuran plasma, semakin rendah kedalaman penembusannya. Tahap pengionan dan ketumpatan gas membuat perbezaan dalam ukuran plasma.

Helium mempunyai pengionan dan ketumpatan paling sedikit. Ia dapat dengan cepat mengeluarkan wap logam yang dihasilkan dari kolam logam lebur. Oleh itu, penggunaan helium sebagai gas pelindung dapat menekan plasma ke tahap yang paling besar, sehingga meningkatkan kedalaman penembusan dan meningkatkan kelajuan pengelasan; kerana beratnya ringan, ia dapat melepaskan diri, dan tidak mudah menyebabkan liang pori. Sudah tentu, dari kesan pengelasan sebenar, kesan perlindungan argon tidak buruk. Pengaruh awan plasma pada penembusan paling ketara di zon kelajuan kimpalan rendah. Apabila kelajuan kimpalan meningkat, pengaruhnya akan semakin lemah.

Gas pelindung dikeluarkan melalui bukaan muncung dengan tekanan tertentu untuk mencapai permukaan benda kerja. Bentuk hidrodinamik muncung dan diameter saluran keluar sangat penting. Ia mesti cukup besar untuk menggerakkan gas pelindung yang disembur untuk menutup permukaan kimpalan, tetapi untuk melindungi lensa dengan berkesan dan mencegah pencemaran wap logam atau kerosakan percikan logam pada lensa, ukuran muncung juga mesti terhad. Laju aliran juga harus dikendalikan, jika tidak, aliran laminar gas pelindung akan menjadi bergelora, dan atmosfer akan ditarik ke dalam kolam cair dan akhirnya membentuk liang.

Untuk meningkatkan kesan perlindungan, tambahan peniupan sisi juga dapat digunakan, yaitu gas pelindung disuntikkan secara langsung ke dalam lubang kimpalan penembusan dalam pada sudut tertentu melalui muncung berdiameter yang lebih kecil. Gas pelindung tidak hanya menekan awan plasma di permukaan benda kerja, tetapi juga memberikan pengaruh terhadap pembentukan plasma dan lubang kecil di lubang, dan kedalaman penembusan semakin meningkat, dan pengelasan dengan kedalaman dan lebar yang ideal diperoleh. Walau bagaimanapun, kaedah ini memerlukan pengawalan yang tepat terhadap ukuran dan arah aliran udara, jika tidak, mudah menghasilkan turbulensi dan menghancurkan kolam cair, yang menjadikan proses pengelasan sukar ditstabilkan.