Gaz de protection
Dans le processus de soudage au laser, le gaz inerte est souvent utilisé pour protéger la piscine en fusion. Lorsque certains matériaux sont soudés, l’oxydation de surface peut ne pas être envisagée, mais la protection peut ne pas être envisagée. Cependant, pour la plupart des applications, l’hélium, l’argon, l’azote et d’autres gaz sont souvent utilisés comme protection pour faire la pièce de travail dans Éviter l’oxydation pendant le soudage.
L’hélium n’est pas facile à ioniser (énergie d’ionisation supérieure), ce qui permet au laser de passer en douceur, et l’énergie du faisceau atteint la surface de la pièce sans entrave. C’est le gaz de blindage le plus efficace utilisé dans le soudage au laser, mais il est plus cher.
Argon est moins cher et plus dense, de sorte que l’effet de protection est mieux. Cependant, il est sensible à l’ionisation du plasma métallique à haute température, qui protège une partie du faisceau d’être dirigé vers la pièce, réduit la puissance laser efficace pour le soudage, et endommage également la vitesse de soudage et la pénétration. La surface de la soudure protégée par l’argon est plus lisse que lorsqu’elle est protégée par l’hélium.
L’azote est le gaz de protection le moins cher, mais il n’est pas adapté pour souder certains types d’acier inoxydable, principalement en raison de problèmes métallurgiques, tels que la production parfois de pores dans la zone de chevauchement.
La deuxième fonction de l’utilisation de gaz de protection est de protéger la lentille de mise au point contre la contamination par la vapeur métallique et les éclaboussures de gouttelettes liquides. Surtout dans le soudage laser de haute puissance, parce que le matériau éjecté est très puissant, il est plus nécessaire de protéger la lentille en ce moment.
Le troisième rôle du gaz de protection est de dissiper le blindage plasmatique produit par le soudage laser de haute puissance. La vapeur métallique absorbe l’énergie du faisceau laser et ionise dans un nuage de plasma, et le gaz de protection autour de la vapeur métallique est également ionisé par chauffage. S’il y a trop de plasma, l’énergie du faisceau laser est consommée par le plasma dans une certaine mesure. Le plasma existe à la surface de la pièce comme deuxième source d’énergie, ce qui rend la profondeur de pénétration peu profonde et la surface de la piscine de soudure plus large. Augmentez le taux de recombinaison des électrons en augmentant la collision à trois corps d’électrons avec des atomes neutres pour réduire la densité d’électrons dans le plasma. Plus l’atome neutre est léger, plus la fréquence de collision est élevée et plus le taux de recombinaison est élevé. D’autre part, seul le gaz de protection avec une énergie d’ionisation élevée n’augmentera pas la densité d’électrons en raison de l’ionisation du gaz lui-même.
Matériel | Hélium | Argon | Azote | Aluminium | Magnésium | Fer |
Masse atomique (molécule) | 4 | 40 | 28 | 27 | 24 | 56 |
Énergie d’ionisation (eV) | 24.46 | 15.68 | 14.5 | 5.96 | 7.61 | 7.83 |
Tableau 1. Énergie atomique (molécule) de masse et d’ionisation de plusieurs gaz et métaux
On peut voir à partir de la table que la taille du plasma est liée aux différents gaz de protection utilisés, l’hélium est le plus petit, suivi par l’azote, et le plus grand lors de l’utilisation de l’argon. Plus la taille du plasma est grande, plus la profondeur de pénétration est faible. Le degré d’ionisation et la densité de gaz font la différence dans la taille du plasma.
L’hélium a le moins d’ionisation et de densité. Il peut rapidement chasser la vapeur de métal montante générée par la piscine en métal fondu. Par conséquent, l’utilisation de l’hélium comme gaz de protection peut supprimer le plasma dans la plus grande mesure, augmentant ainsi la profondeur de pénétration et augmentant la vitesse de soudage; en raison de son poids léger, il peut s’échapper, et il n’est pas facile de causer des pores. Bien sûr, de l’effet de soudage réel, l’effet de la protection de l’argon n’est pas mauvais. L’influence du nuage de plasma sur la pénétration est plus évidente dans la zone de faible vitesse de soudage. Lorsque la vitesse de soudage augmente, son influence sera affaiblie.
Le gaz de protection est éjecté par l’ouverture de la buse avec une certaine pression pour atteindre la surface de la pièce. La forme hydrodynamique de la buse et le diamètre de la sortie sont très importants. Il doit être assez grand pour conduire le gaz de protection pulvérisé pour couvrir la surface de soudage, mais afin de protéger efficacement la lentille et d’empêcher la contamination par la vapeur de métal ou les dommages éclaboussures métalliques à la lentille, la taille de la buse doit également être limitée. Le débit doit également être contrôlé, sinon le débit laminaire du gaz de protection deviendra turbulent, et l’atmosphère sera entraînée dans la piscine en fusion et formera éventuellement des pores.
Afin d’améliorer l’effet de protection, le soufflage latéral supplémentaire peut également être utilisé, c’est-à-dire que le gaz de protection est directement injecté dans le trou de soudage de pénétration profonde à un certain angle à travers une buse de plus petit diamètre. Le gaz de protection non seulement supprime le nuage de plasma sur la surface de la pièce, mais exerce également une influence sur la formation de plasma et de petits trous dans le trou, et la profondeur de pénétration est encore augmentée, et une soudure avec une profondeur et une largeur idéales est obtenue. Cependant, cette méthode nécessite un contrôle précis de la taille et de la direction du flux d’air, sinon il est facile de produire des turbulences et de détruire la piscine en fusion, ce qui rend le processus de soudage difficile à stabiliser.
