Laserlastechnology, fanwegen syn hege enerzjytichtens, lege waarmteynfier en kontaktleaze skaaimerken, is ien fan 'e kearnprosessen wurden yn moderne presyzjeproduksje. Problemen lykas oksidaasje, porositeit en elemintferbaarning feroarsake troch it kontakt fan 'e smeltende plas mei de atmosfear by it lassen beheine lykwols de meganyske eigenskippen en libbensdoer fan 'e lasnaad serieus. As it kearnmedium foar it kontrolearjen fan 'e lasomjouwing, moat de seleksje fan it type, de streamsnelheid en de blaasmodus fan beskermjend gas keppele wurde oan 'e materiaalkarakteristiken (lykas gemyske aktiviteit, termyske geliedingsfermogen) en de dikte fan 'e plaat.
Soarten beskermingsgassen
De kearnfunksje fan beskermingsgassen leit yn it isolearjen fan soerstof, it regeljen fan it gedrach fan 'e smeltende plas, en it ferbetterjen fan 'e effisjinsje fan enerzjykoppeling. Op basis fan har gemyske eigenskippen kinne beskermingsgassen wurde yndield yn inerte gassen (argon, helium) en aktive gassen (stikstof, koalstofdiokside). Inerte gassen hawwe in hege gemyske stabiliteit en kinne de oksidaasje fan 'e smeltende plas effektyf foarkomme, mar har wichtige ferskillen yn termyske fysike eigenskippen beynfloedzje it laseffekt signifikant. Bygelyks, argon (Ar) hat in hege tichtheid (1.784 kg/m³) en kin in stabile coating foarmje, mar syn lege termyske geliedingsfermogen (0.0177 W/m·K) liedt ta stadige koeling fan 'e smeltende plas en in ûndjippe laspenetraasje. Yn tsjinstelling, helium (He) hat in acht kear hegere termyske geliedingsfermogen (0.1513 W/m·K) as argon en kin de koeling fan 'e smeltende plas fersnelle en de laspenetraasje ferheegje, mar syn lege tichtheid (0.1785 kg/m³) makket it gefoelich foar ûntsnapping, wêrtroch in hegere streamsnelheid fereasket om it beskermjende effekt te behâlden. Aktive gassen lykas stikstof (N₂) kinne de lassterkte ferbetterje troch fersterking fan fêste oplossingen yn bepaalde senario's, mar oermjittich gebrûk kin porositeit of de delslach fan brosse fazen feroarsaakje. Bygelyks, by it lassen fan duplex roestfrij stiel kin stikstofdiffúzje yn 'e smeltende plas de ferrite/austenite fazebalâns fersteure, wat resulteart yn in fermindering fan korrosjebestriding.
Figuer 1. Laserlassen fan 304L roestfrij stiel (boppe): Ar-gasbeskerming; (ûnder): N2-gasbeskerming
Fanút it perspektyf fan it prosesmeganisme kin de hege ionisaasje-enerzjy fan helium (24,6 eV) it plasma-ôfskermingseffekt ûnderdrukke en de opname fan laser-enerzjy ferbetterje, wêrtroch de penetraasjedjipte tanimt. Underwilens is de lege ionisaasje-enerzjy fan argon (15,8 eV) gefoelich foar it generearjen fan plasmawolken, wat defokussearring of pulsmodulaasje fereasket om ynterferinsje te ferminderjen. Derneist kin de gemyske reaksje tusken aktive gassen en de smeltende plas (lykas stikstof dy't reagearret mei Cr yn stiel) de laskomposysje feroarje, en soarchfâldige seleksje basearre op materiaaleigenskippen is needsaaklik.
Foarbylden fan materiaal tapassingen:
• Stiel: By it lassen fan tinne platen (<3 mm) kin argon in oerflakteôfwerking garandearje, mei in oksidelaachdikte fan mar 0,5 μm foar in lasnaad fan 1,5 mm leechkoalstofstiel; foar dikke platen (>10 mm) moat in lytse hoemannichte helium (He) tafoege wurde om de penetraasjedjipte te fergrutsjen.
• RVS: Argonbeskerming kin ferlies fan it Cr-elemint foarkomme, mei in Cr-ynhâld fan 18,2% yn in 3 mm dikke lasnaad fan 304 roestfrij stiel dy't tichtby de 18,5% fan it basismetaal komt; foar duplex roestfrij stiel is in Ar-N₂-mingsel (N₂ ≤ 5%) nedich om de ferhâlding yn lykwicht te bringen. Undersyk hat oantoand dat by it brûken fan in Ar-2% N₂-mingsel foar 8 mm dikke 2205 duplex roestfrij stiel, de ferrite/austenite-ferhâlding stabyl is op 48:52, mei in treksterkte fan 780 MPa, wat superieur is oan suvere argonbeskerming (720 MPa).
• Aluminiumlegering: Tinne plaat (<3 mm): De hege reflektiviteit fan aluminiumlegeringen liedt ta in lege enerzjy-absorptionssnelheid, en helium, mei syn hege ionisaasje-enerzjy (24.6 eV), kin it plasma stabilisearje. Undersyk lit sjen dat as in 2 mm dikke 6061 aluminiumlegering beskerme wurdt troch helium, de penetraasjedjipte 1.8 mm berikt, wat mei 25% tanimt yn ferliking mei argon, en de porositeitssnelheid leger is as 1%. Foar dikke platen (>5 mm): Dikke platen fan aluminiumlegering fereaskje in hege enerzjy-ynfier, en in helium-argonmingsel (He:Ar = 3:1) kin sawol de penetraasjedjipte as de kosten yn lykwicht bringe. Bygelyks, by it lassen fan 8 mm dikke 5083 platen berikt de penetraasjedjipte 6.2 mm ûnder mingd gasbeskerming, wat mei 35% tanimt yn ferliking mei suver argongas, en de laskosten wurde mei 20% fermindere.
Opmerking: De orizjinele tekst befettet wat flaters en ynkonsistinsjes. De oersetting dy't oanbean wurdt is basearre op de korrizjearre en gearhingjende ferzje fan 'e tekst.
De ynfloed fan argongasstreamsnelheid
De streamsnelheid fan argongas beynfloedet direkt de gasdekkingsmooglikheden en de floeistofdynamika fan 'e smeltende plas. As de streamsnelheid net genôch is, kin de gaslaach de loft net folslein isolearje, en is de râne fan 'e smeltende plas gefoelich foar oksidaasje en de foarming fan gaspoaren; as de streamsnelheid te heech is, kin it turbulinsje feroarsaakje, wat it oerflak fan 'e smeltende plas kin waskje en liede kin ta lasdepresje of spatten. Neffens it Reynolds-nûmer fan floeistofmeganika (Re = ρvD/μ) sil in tanimming fan 'e streamsnelheid de gasstreamsnelheid ferheegje. As Re > 2300, feroaret de laminêre stream yn in turbulinte stream, wat de stabiliteit fan 'e smeltende plas ferneatiget. Dêrom moat de bepaling fan 'e krityske streamsnelheid analysearre wurde troch eksperiminten of numerike simulaasjes (lykas CFD).
Figuer 2. Effekten fan ferskillende gasstreamsnelheden op lasnaad
Flowoptimalisaasje moat oanpast wurde yn kombinaasje mei de termyske geliedingsfermogen fan it materiaal en de plaatdikte:
• Foar stiel en roestfrij stiel: Foar tinne stielen platen (1-2 mm) is de streamsnelheid by foarkar 10-15 L/min. Foar dikke platen (>6 mm) moat it ferhege wurde nei 18-22 L/min om sturtoksidaasje te ûnderdrukken. Bygelyks, as de streamsnelheid fan 6 mm dik 316L roestfrij stiel 20 L/min is, wurdt de uniformiteit fan HAZ-hurdens mei 30% ferbettere.
• Foar aluminiumlegering: Hege termyske geliedingsfermogen fereasket in hege streamsnelheid om de beskermingstiid te ferlingjen. Foar 3 mm dikke 7075 aluminiumlegering is de porositeit it leechst (0,3%) as de streamsnelheid 25-30 L/min is. Foar ultradikke platen (>10 mm) is it lykwols needsaaklik om te kombinearjen mei kompositblazen om turbulinsje te foarkommen.
De ynfloed fan 'e blaasgasmodus
De blaasgasmodus beynfloedet direkt it streampatroan fan 'e smeltende plas en it effekt fan defektûnderdrukking troch de rjochting en ferdieling fan 'e gasstream te kontrolearjen. De blaasgasmodus regelt de stream fan 'e smeltende plas troch de oerflakspanningsgradiënt en de Marangoni-stream (Marangoni-stream) te feroarjen. Sydlik blazen kin de smeltende plas yn in spesifike rjochting streame litte, wêrtroch poaren en slakinklusje wurde fermindere; kompositblazen kin de uniformiteit fan lasfoarming ferbetterje troch de enerzjyferdieling te balansearjen fia multidireksjonele gasstream.
De wichtichste metoaden fan blazen binne ûnder oaren:
• Koaksiaal blazen: De gasstream wurdt koaksiaal mei de laserstriel útfierd, en symmetrysk de smeltende plas bedekt, geskikt foar hege-snelheidslassen. It foardiel is hege prosesstabiliteit, mar de gasstream kin de laserfokussearring hinderje. Bygelyks, by it brûken fan koaksiaal blazen op galvanisearre stielen plaat foar auto's (1,2 mm), kin de lassnelheid ferhege wurde nei 40 mm/s, en de spatsnelheid is minder as 0,1.
• Sydlik blazen: De gasstream wurdt ynfierd fan 'e kant fan 'e smeltende plas, dy't brûkt wurde kin om plasma- of ûnderste ûnreinheden rjochtinggewiis te ferwiderjen, geskikt foar djip penetraasjelassen. Bygelyks, by it blazen op 12 mm dik Q345-stiel ûnder in hoeke fan 30° nimt de laspenetraasje mei 18% ta, en de ûnderste porositeit nimt ôf fan 4% nei 0,8%.
• Kompositblazen: Troch koaksiaal en sydwaarts blazen te kombinearjen, kin it tagelyk oksidaasje en plasma-ynterferinsje ûnderdrukke. Bygelyks, foar in 3 mm dikke 6061 aluminiumlegering mei in dûbeld nozzle-ûntwerp wurdt de porositeitsgraad fermindere fan 2,5% nei 0,4%, en berikt de treksterkte 95% fan it basismateriaal.
De ynfloed fan beskermingsgas op 'e laskwaliteit komt essinsjeel fuort út syn regeling fan enerzjy-oerdracht, de termodynamika fan it smeltebad en gemyske reaksjes:
1. Enerzjy-oerdracht: De hege termyske geliedingsfermogen fan helium fersnelt de ôfkuolling fan 'e smeltende plas, wêrtroch't de breedte fan 'e waarmte-beynfloede sône (HAZ) ferminderet; de lege termyske geliedingsfermogen fan argon ferlingt de besteanstiid fan 'e smeltende plas, wat foardielich is foar de oerflakfoarming fan tinne platen.
2. Stabiliteit fan it smeltende plas: De gasstream beynfloedet de stream fan it smeltende plas troch skuorkrêft, en in passende streamsnelheid kin spatten ûnderdrukke; in te hege streamsnelheid sil in draaikolk feroarsaakje, wat liedt ta lasdefekten.
3. Gemyske beskerming: Inerte gassen isolearje soerstof en foarkomme de oksidaasje fan legearingseleminten (lykas Cr, Al); aktive gassen (lykas N₂) feroarje de laseigenskippen troch fersterking fan fêste oplossingen of ferbiningsfoarming, mar de konsintraasje moat presys kontroleare wurde.
Pleatsingstiid: 9 april 2025
