01
Предговор
Због своје велике густине енергије, малог уноса топлоте и бесконтактне природе, технологија ласерског заваривања се појавила као један од кључних процеса у савременој прецизној производњи. Међутим, проблеми као што су оксидација, порозност и елементарно сагоревање-искључивање-која су резултат контакта између базена за заваривање и атмосфере током процеса заваривања-озбиљно ограничавају механичка својства и век трајања заварених шавова. Као критични медијум за контролу окружења заваривања, избор типа заштитног гаса, брзине протока и методе испоруке мора бити пажљиво повезан са специфичним карактеристикама материјала (као што су хемијска реактивност и топлотна проводљивост) и дебљином радног комада.
Обрада ласера и електронских зрака
02
Врсте заштитних гасова
Примарна функција заштитног гаса је да изолује кисеоник, регулише понашање завареног базена и побољша ефикасност спајања енергије. На основу својих хемијских својстава, заштитни гасови се могу широко класификовати на инертне гасове (као што су аргон и хелијум) и активне гасове (као што су азот и угљен-диоксид). Инертни гасови поседују високу хемијску стабилност, ефикасно спречавајући оксидацију завареног базена; међутим, значајне разлике у њиховим термофизичким својствима могу дубоко утицати на исход заваривања. На пример, аргон (Ар) има велику густину (1,784 кг/м³), што му омогућава да формира стабилно заштитно покривало преко завареног базена; обратно, његова ниска топлотна проводљивост (0,0177 В/м·К) резултира споријим хлађењем завареног базена и мањом дубином продирања. Насупрот томе, хелијум (Хе) показује топлотну проводљивост приближно осам пута већу од аргона (0,1513 В/м·К), чиме се убрзава хлађење базена за заваривање и повећава дубина продирања; међутим, његова ниска густина (0,1785 кг/м³) чини га склоним брзом распршивању, што захтева веће брзине протока да би се одржала ефикасна заштита. Активни гасови-као што је азот (Н₂)-могу, у одређеним применама, да побољшају чврстоћу завареног шава кроз јачање-чврстим раствором; међутим, њихова прекомерна употреба може довести до порозности или таложења крхких фаза. На пример, када се заваривају дуплекс нерђајући челици, растварање азота у завареном базену може пореметити равнотежу фазе ферита{13}}аустенита, што резултира смањењем отпорности на корозију.
Из перспективе механизама процеса, висока енергија јонизације хелијума (24,6 еВ) потискује ефекат заштите плазме и побољшава апсорпцију ласерске енергије, чиме се повећава дубина пенетрације. Супротно томе, ниска енергија јонизације аргона (15,8 еВ) има тенденцију да генерише плазма облак, што захтева употребу техника као што су дефокусирање или модулација импулса да би се ублажиле сметње. Штавише, хемијске реакције између активних заштитних гасова и растопљеног базена-као што је формирање нитрида кроз реакцију азота са хромом у челику-могу да измене састав шава; стога, избор заштитног гаса мора бити обављен са опрезом, узимајући у обзир специфичне особине материјала.
**Примери примене материјала:**
• **Челик:** У заваривању танких плоча (<3 mm), argon ensures a high-quality surface finish; for instance, the oxide layer thickness on a weld in 1.5 mm low-carbon steel is merely 0.5 μm. For thick plates (>10 мм), међутим, потребан је мали додатак хелијума (Хе) да би се повећала дубина продирања.
• **Нерђајући челик:** Аргонска заштита спречава смањење садржаја хрома (Цр); у завару од нерђајућег челика 304 дебљине 3 мм, садржај Цр достиже 18,2% (приближно 18,5%) у основном металу. Дуплекс нерђајући челик, с друге стране, захтева мешавину Ар-Н₂ (са Н₂ мањим или једнаким 5%) да би се одржао уравнотежен однос фаза. Студије показују да при заваривању нерђајућег челика 2205 дуплекс дебљине 8 мм коришћењем мешавине Ар-2%Н₂, однос феритних-према-аустенитних фаза се стабилизује на 48:52, чиме се постиже затезна чврстоћа од 780 МПа-гона са супериорним течењем од МПа2 (постигнуто више од 780 МПа).
• **Легура алуминијума:** *Танке плоче (<3 mm):* The high reflectivity of aluminum alloys results in low energy absorption; helium, with its high ionization energy (24.6 eV), helps stabilize the plasma. Research shows that when welding 2 mm thick 6061 aluminum alloy under helium shielding, the penetration depth reaches 1.8 mm-a 25% increase compared to argon shielding-while porosity remains below 1%. *Thick Plates (>5 мм):* Заваривање дебелих алуминијумских плоча захтева велики унос енергије; смеша хелијума-аргона (Хе:Ар=3:1) нуди равнотежу између постизања довољне дубине продирања и управљања трошковима. На пример, када се заварују плоче од 5083 дебљине 8 мм, заштита са овом мешавином резултира дубином пенетрације од 6,2 мм-побољшање од 35% у односу на чисти аргон-и истовремено смањење трошкова заваривања за 20%.
