Google překladač: English Deutsch
Inzerce

U laserového svařování je cílem zfokusovat laserový paprsek na materiál, který chceme svářet, do nejmenšího bodu a tím energii zkoncentrovat na tak vysokou hustotu, jak jen může být dosáhnuta (vyšší než 106 W/cm2). Tyto vysoké hustoty energie způsobují vysoký stupeň odpařování, který vytvoří svařovací lázeň, „vyhloubí“ do materiálu hlubokou a úzkou „keyhole“, která je vyplněna směsí kovových par a jejich plazmy. Tato kapilára umožní přímé šíření laserové energie do hloubky materiálu, na rozdíl od tradičních metod svařování, u kterých se energie šíří striktně povrchem materiálu. Vytvořením této kapiláry se dosáhne velké průvarové hloubky při vysokých svařovacích rychlostech. Za určitých podmínek plazma kovových výparů způsobuje ionizaci okolního prostředí a to vede k výskytu plazmy plynů okolní atmosféry. Pro samotný svařovací proces je tato plazma velmi škodlivá, protože může absorbovat celou nebo část přicházejícího laserového paprsku a vést k významnému snížení hloubky průvaru. To je také důvod proč se jako ochranný plyn obvykle používá helium, jelikož jeho vysoký ionizační potenciál odstraní riziko výskytu této plazmy. Vzhledem k vysoké ceně helia žádají zákazníci často nahrazení méně nákladným plynem nebo směsí plynů.

Řešení od Air Liquide
Z tohoto důvodu vyvinul Air Liquide směsi helia s argonem nebo dusíkem s označením LASALTM MIX. Pokud jde o svařovací rychlost a hloubku závaru budou (v případě nelegovaných ocelí a aplikace směsi He/Ar, obsahující méně než 40 % argonu) výsledky svařování stejné jako u helia za použití hustoty energie 3,5× 106 W/cm2 a ohniskové vzdálenosti 250 mm. Podobné je to i s ohniskovou vzdáleností 200 mm a obsahu argonu v heliu až do 55 %. Nad tuto hranici průvar rapidně klesá až do bodu, kde je průvar nulový. Snižování průvaru závisí na výskytu plazmy. Například obsah 40 % argonu je přípustný ve směsi při výkonu laseru 10 kW a obsah 50 % při výkonu 6 kW.

Plynná ochrana
Velký význam má také kvalita a způsob plynné ochrany bez ohledu na složení nebo na vlastnosti plynu. Existují v podstatě dva typy ochrany – koaxiální a častěji používaná laterální. Ochrana je zabezpečována obvykle ve formě jednoduché trubky, její průměr, délka, uhel směřování, vzdálenost od svařovací lázně a množství plynu, proudícího trubkou, se hodně odlišují mezi jednotlivými instalacemi. Jelikož přesná pravidla nejsou stanovena, tato nastavení jsou často ponechána na zkušenostech operátora. Je třeba zmínit, že žádné z těchto nastavení nejsou bez účinku a mají vliv například na posun hranice vzniku plazmy ochranného plynu. Nevhodné nastavení trysky nevyhnutelně způsobí proniknutí vzduchu do interakční zóny a bude-li množství vzduchu významné (celkový obsah dusíku a kyslíku v interakční zóně je vyšší, než obsah v původní směsi ochranného plynu) může dojít ke změně prahové úrovně výskytu plazmy.

Patentované trysky LASALTM od Air Liquide
Společnost Air Liquide vyvinula a patentovala trysky LASALTM, které díky svému jedinečnému tvaru s bočními „stěnami“ zabezpečují laminární proudění ochranného plynu a tím zamezí nejen nežádoucím turbulencím uvnitř svařovací lázně, ale i nasávání okolního vzduchu, který znehodnocuje ochrannou směs. Trysky je možné seřídit do dvou pozic. V prvním standardním nastavení je paprsek zaostřen mezi stěnami trysky a tím je zabezpečena výborná ochrana svařovacího místa bez vzniku škodlivé plazmy ochranné atmosféry z důvodu nasávaní okolního vzduchu do interakční zóny. U druhého nastavení trysky je paprsek zaostřen 3 – 8 mm před okraj výběžku trysky, čímž je zachována dobrá ochrana interakční zóny a zároveň je výrazně prodloužena životnost trysky. V tabulce jsou uvedeny úrovně obsahu dusíku v housence svařené laserem s výkonem 6 kW, rychlostí svařování 3 m/min, ohniskovou vzdáleností 200 mm na materiálu o tloušťce 6 mm s částečným průvarem. Byla použita laterální ochrana tryskou o průměru 6 mm, pod uhlem 45° s těsnou vzdáleností od interakční zóny a s průtokem 20 l/min. Měření obsahu dusíku bylo provedeno analyzátorem STRÖNLEIN INSTRUMENT.

                                 Směs                        N2 (ppm)
Základní materiál                                         89
                                 He                            107
                                 60 % He/40 % Ar       88

Je zřejmé, že s použitím He a také s nastavením těsné vzdálenosti trysky od interakční zóny vzduch infiltroval svařovací lázeň. Použití argon/heliové směsi umožní udržet stejnou úroveň obsahu dusíku, pravděpodobně proto, že má ve srovnání s heliem větší hustotu. Zvláštní význam mají velké trysky (průměr > 6 mm) s těsným nastavením od interakční zóny s pomalým laminárním prouděním (cca 20 l/min). Menší trysky s většími průtoky jsou navrženy na vyfoukávání kovových par a tím mírně zvětšují průvar, jsou ale obvykle citlivé na nastavení, mohou při špatném seřízení způsobit výrazné odchylky v samotném svařovacím procesu a jsou obecně častým zdrojem vzduchu v interakční zóně. Je třeba také vzít v úvahu blízkost cross-jetu a vzduchem chlazených zařízení (vedení spoje nebo jeho kontrola) obvykle přítomných v sousedství svařovacího místa, které mohou mít škodlivý účinek na proudění ochranného plynu.
Toto vysvětluje další přínosy, spojené s redukcí nákladů použitím He/Ar nebo He/N2 směsí ve srovnání s heliem. Je ale nezbytné přizpůsobit množství argonu nebo dusíku smíchaného s heliem a vzít do úvahy interakční parametry (hustota energie, ohnisková vzdálenost, částečný nebo úplný průvar, atd.) a také druh a nastavení trysky. Nejdůležitější kritérium je, zda může nebo nemůže být viděna plazma ochranného plynu (je možné ji zřetelně vidět u He/Ar směsí) nebo je zaznamenána ztráta průvaru, způsobená vznikem této plazmy. Měli bychom ale zdůraznit další velmi důležitý účinek. Ochranný plyn musí proniknout ke svařovací housence nejen z přední strany, ale také ze zadní strany od kořene sváru při úplném průvaru (pokud není chráněna zadní strana, neboli kořen sváru, vzduch se může dostat dovnitř sváru). Může se to projevit i u špatné laterální ochrany, která dovolí výskyt vzduchu v interakční zóně a tím vede ke zvýšení obsahu kyslíku nebo dusíku ve svarovém kovu. Stejně tak i absence ochrany kořene sváru může vést ke stejnému efektu. V tabulce jsou uvedeny obsahy dusíku v housence s úplným průvarem a s ochranou směsí He (60 %)/N2(40 %) s ochranou kořene sváru (heliem), i bez ní při výkonu 6 kW a rychlosti svařování 4 m/min.

                              Ochrana kořene          N2 (ppm)
Základní materiál                                       35
                               NE                           169
                               ANO                         96

Z tabulky je patrné, že obsah N2 prudce narůstá s absencí ochrany kořene sváru a malé množství vzduchu může vstoupit do svařovací lázně i z přední strany. Musíme vzít na vědomí, že tyto hodnoty jsou závislé nejen na kvalitě ochrany, ale také na svařovací rychlosti. Je zde kladen velký důraz na pečlivost, protože tento efekt může být velmi škodlivý v závislosti na povaze základního materiálu, který je svařován nebo na požadovaných mechanických vlastnostech sváru. Například ačkoliv He/N2 směsi nepředstavují žádný problém pro austenitické oceli, kde je dusík vysoce rozpustný v pevné fázi (obyčejně > 2 000 ppm), není to případ feritických ocelí (cca 250 ppm), ve kterých nadbytek dusíku může vést k výskytu pórovitosti a zvýšení tvrdosti. Je nutné podotknout, že množství aplikací aktuálně využívá neoptimalizované trysky bez možnosti ochrany kořene sváru a tím je u nich svařovaný materiál vystaven vlivu vysokého obsahu kyslíku a dusíku.
Všechny výsledky ukazují, že helium může být nahrazeno LASALTM MIXem a to He/Ar nebo He/N2 směsmi, s významnou úsporou nákladů, i když optimální obsah argonu nebo dusíku závisí na interakčních podmínkách a typu použité ochrany. Tyto výsledky mohou být ještě zvýrazněny v kombinaci s vynikající ochranou pomocí trysek LASALTM. Použití He/N2 směsí může být také předmětem stanovení metalurgických vlivů, způsobených zvýšením obsahu dusíku ve svařovacím kovu s ohledem na materiál, který chcete svařovat.

Ing. Ivan Chudík, IWE
www.airliquide.cz
 

Inzerce
Inzerce

Kalendář akcí

<<  Prosinec 2018  >>
 Po  Út  St  Čt  Pá  So  Ne 
       1  2
  3  4  5  6  7  8  9
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31      
Nejnovější akce

Odběr novinek


Technika News
StreamTech.tv News

..
Inzerce