Teknolohiya ng hinang gamit ang laser, dahil sa mataas na densidad ng enerhiya, mababang init na ipinapasok, at mga katangiang hindi nakadikit, ay naging isa sa mga pangunahing proseso sa modernong pagmamanupaktura ng katumpakan. Gayunpaman, ang mga problema tulad ng oksihenasyon, porosity, at pagkasunog ng elemento na dulot ng pagdikit ng tinunaw na pool sa atmospera habang hinang ay seryosong naglilimita sa mga mekanikal na katangian at buhay ng serbisyo ng weld seam. Bilang pangunahing midyum para sa pagkontrol sa kapaligiran ng hinang, ang pagpili ng uri, rate ng daloy, at paraan ng pag-ihip ng proteksiyon na gas ay kailangang isama sa mga katangian ng materyal (tulad ng aktibidad ng kemikal, thermal conductivity) at ang kapal ng plato.
Mga uri ng mga gas na pantakip
Ang pangunahing tungkulin ng mga shielding gas ay ang paghihiwalay ng oxygen, pag-regulate sa kilos ng molten pool, at pagpapabuti ng kahusayan ng energy coupling. Batay sa kanilang mga kemikal na katangian, ang mga shielding gas ay maaaring uriin sa mga inert gas (argon, helium) at mga aktibong gas (nitrogen, carbon dioxide). Ang mga inert gas ay may mataas na kemikal na katatagan at epektibong nakakapigil sa oksihenasyon ng molten pool, ngunit ang kanilang mga makabuluhang pagkakaiba sa thermal physical properties ay makabuluhang nakakaapekto sa epekto ng welding. Halimbawa, ang argon (Ar) ay may mataas na density (1.784 kg/m³) at maaaring bumuo ng isang matatag na patong, ngunit ang mababang thermal conductivity nito (0.0177 W/m·K) ay humahantong sa mabagal na paglamig ng molten pool at mababaw na pagtagos ng weld. Sa kabaligtaran, ang helium (He) ay may walong beses na mas mataas na thermal conductivity (0.1513 W/m·K) kaysa sa argon at maaaring mapabilis ang paglamig ng molten pool at mapataas ang pagtagos ng weld, ngunit ang mababang density nito (0.1785 kg/m³) ay ginagawang madali itong makatakas, na nangangailangan ng mas mataas na flow rate upang mapanatili ang protective effect. Ang mga aktibong gas tulad ng nitrogen (N₂) ay maaaring magpahusay sa lakas ng hinang sa pamamagitan ng pagpapalakas ng solid solution sa ilang partikular na sitwasyon, ngunit ang labis na paggamit ay maaaring magdulot ng porosity o pag-ulan ng mga brittle phase. Halimbawa, kapag hinang ang duplex stainless steel, ang pagkalat ng nitrogen sa tinunaw na pool ay maaaring makagambala sa balanse ng ferrite/austenite phase, na nagreresulta sa pagbaba ng resistensya sa kalawang.
Pigura 1. Laser welding ng 304L stainless steel (itaas): Ar gas shielding; (ibaba): N2 gas shielding
Mula sa perspektibo ng mekanismo ng proseso, ang mataas na enerhiya ng ionization ng helium (24.6 eV) ay maaaring pumigil sa epekto ng plasma shielding at mapahusay ang pagsipsip ng enerhiya ng laser, sa gayon ay pinapataas ang lalim ng pagtagos. Samantala, ang mababang enerhiya ng ionization ng argon (15.8 eV) ay madaling kapitan ng pagbuo ng mga plasma cloud, na nangangailangan ng defocusing o pulse modulation upang mabawasan ang interference. Bukod pa rito, ang kemikal na reaksyon sa pagitan ng mga aktibong gas at ng tinunaw na pool (tulad ng nitrogen na tumutugon sa Cr sa bakal) ay maaaring magpabago sa komposisyon ng hinang, at kinakailangan ang maingat na pagpili batay sa mga katangian ng materyal.
Mga halimbawa ng aplikasyon ng materyal:
• Bakal: Sa manipis na plato (<3 mm) na hinang, masisiguro ng argon ang pagtatapos ng ibabaw, na may kapal ng oxide layer na 0.5 μm lamang para sa 1.5 mm na low-carbon steel weld seam; para sa makapal na plato (>10 mm), kailangang idagdag ang kaunting helium (He) upang mapataas ang lalim ng pagtagos.
• Hindi kinakalawang na asero: Ang proteksyon ng argon ay maaaring pumigil sa pagkawala ng elemento ng Cr, na may nilalamang Cr na 18.2% sa isang 3 mm na kapal na 304 stainless steel weld seam na malapit sa 18.5% ng base metal; para sa duplex stainless steel, kinakailangan ang isang pinaghalong Ar-N₂ (N₂ ≤ 5%) upang balansehin ang ratio. Ipinakita ng mga pag-aaral na kapag gumagamit ng pinaghalong Ar-2% N₂ para sa 8 mm na kapal na 2205 duplex stainless steel, ang ferrite/austenite ratio ay matatag sa 48:52, na may tensile strength na 780 MPa, na mas nakahihigit sa purong proteksyon ng argon (720 MPa).
• Haluang metal na aluminyo: Manipis na plato (<3 mm): Ang mataas na repleksyon ng mga haluang metal na aluminyo ay humahantong sa mababang antas ng pagsipsip ng enerhiya, at ang helium, na may mataas na enerhiya ng ionisasyon (24.6 eV), ay maaaring magpatatag ng plasma. Ipinapakita ng pananaliksik na kapag ang 2 mm na kapal na 6061 na haluang metal na aluminyo ay pinoprotektahan ng helium, ang lalim ng pagtagos ay umaabot sa 1.8 mm, na tumataas ng 25% kumpara sa argon, at ang antas ng porosity ay mas mababa sa 1%. Para sa makapal na mga plato (>5 mm): Ang mga makapal na plato na aluminyo ay nangangailangan ng mataas na input ng enerhiya, at ang isang pinaghalong helium-argon (He:Ar = 3:1) ay maaaring magbalanse sa parehong lalim ng pagtagos at gastos. Halimbawa, kapag hinang ang 8 mm na kapal na 5083 na mga plato, ang lalim ng pagtagos ay umaabot sa 6.2 mm sa ilalim ng proteksyon ng halo-halong gas, na tumataas ng 35% kumpara sa purong argon gas, at ang gastos sa hinang ay nababawasan ng 20%.
Paalala: Ang orihinal na teksto ay naglalaman ng ilang mga pagkakamali at hindi pagkakapare-pareho. Ang ibinigay na salin ay batay sa naitama at magkakaugnay na bersyon ng teksto.
Ang impluwensya ng bilis ng daloy ng argon gas
Direktang nakakaapekto ang bilis ng daloy ng argon gas sa kakayahan ng gas na masakop at sa fluid dynamics ng tinunaw na pool. Kapag hindi sapat ang bilis ng daloy, hindi lubusang maihihiwalay ng gas layer ang hangin, at ang gilid ng tinunaw na pool ay madaling kapitan ng oksihenasyon at pagbuo ng mga butas ng gas; kapag masyadong mataas ang bilis ng daloy, maaari itong magdulot ng turbulence, na maaaring maghugas sa ibabaw ng tinunaw na pool at humantong sa weld depression o spatter. Ayon sa Reynolds number ng fluid mechanics (Re = ρvD/μ), ang pagtaas ng bilis ng daloy ay magpapataas ng bilis ng daloy ng gas. Kapag ang Re > 2300, ang laminar flow ay nagiging turbulent flow, na sisira sa katatagan ng tinunaw na pool. Samakatuwid, ang pagtukoy sa kritikal na bilis ng daloy ay kailangang suriin sa pamamagitan ng mga eksperimento o numerical simulation (tulad ng CFD).
Pigura 2. Mga Epekto ng Iba't Ibang Rate ng Daloy ng Gas sa Hinang na Pinagtahian
Ang pag-optimize ng daloy ay dapat isaayos kasama ng thermal conductivity ng materyal at kapal ng plate:
• Para sa bakal at hindi kinakalawang na asero: Para sa manipis na mga platong bakal (1-2 mm), ang daloy ay mas mainam na 10-15 L/min. Para sa makapal na mga plato (>6 mm), dapat itong dagdagan sa 18-22 L/min upang mapigilan ang oksihenasyon sa buntot. Halimbawa, kapag ang daloy ng 6 mm na kapal na 316L na hindi kinakalawang na asero ay 20 L/min, ang pagkakapareho ng katigasan ng HAZ ay napapabuti ng 30%.
• Para sa aluminum alloy: Ang mataas na thermal conductivity ay nangangailangan ng mataas na flow rate upang mapalawig ang oras ng proteksyon. Para sa 3 mm na kapal na 7075 aluminum alloy, ang porosity rate ay ang pinakamababa (0.3%) kapag ang flow rate ay 25-30 L/min. Gayunpaman, para sa mga ultra-thick plate (>10 mm), kinakailangang pagsamahin sa composite blowing upang maiwasan ang turbulence.
Ang impluwensya ng blowing gas mode
Direktang nakakaapekto ang blowing gas mode sa flow pattern ng molten pool at sa defect suppression effect sa pamamagitan ng pagkontrol sa direksyon at distribusyon ng daloy ng gas. Kinokontrol ng blowing gas mode ang daloy ng molten pool sa pamamagitan ng pagbabago ng surface tension gradient at ng Marangoni flow (Marangoni flow). Ang sideways blowing ay maaaring mag-udyok sa molten pool na dumaloy sa isang partikular na direksyon, na binabawasan ang mga pores at slag inclusion; ang composite blowing ay maaaring mapabuti ang pagkakapareho ng weld formation sa pamamagitan ng pagbabalanse ng energy distribution sa pamamagitan ng multi-directional gas flow.
Ang mga pangunahing pamamaraan ng pamumulaklak ay kinabibilangan ng:
• Coaxial blowing: Ang daloy ng gas ay inilalabas nang coaxial kasama ng laser beam, simetrikal na tinatakpan ang tinunaw na pool, na angkop para sa high-speed welding. Ang bentahe nito ay mataas na katatagan ng proseso, ngunit ang daloy ng gas ay maaaring makagambala sa laser focusing. Halimbawa, kapag gumagamit ng coaxial blowing sa galvanized steel sheet ng sasakyan (1.2 mm), ang bilis ng welding ay maaaring tumaas sa 40 mm/s, at ang rate ng pagtalsik ay mas mababa sa 0.1.
• Pag-ihip nang patagilid: Ang daloy ng gas ay ipinapasok mula sa gilid ng tinunaw na pool, na maaaring gamitin upang direktang alisin ang mga dumi sa plasma o ilalim, na angkop para sa malalim na pagtagos ng hinang. Halimbawa, kapag hinihipan ang 12 mm na kapal na Q345 steel sa anggulong 30°, ang pagtagos ng hinang ay tumataas ng 18%, at ang antas ng porosity sa ilalim ay bumababa mula 4% hanggang 0.8%.
• Composite blowing: Sa pamamagitan ng pagsasama ng coaxial at sideways blowing, maaari nitong sabay na mapigilan ang oksihenasyon at plasma interference. Halimbawa, para sa 3 mm na kapal na 6061 aluminum alloy na may double nozzle design, ang porosity rate ay nababawasan mula 2.5% patungong 0.4%, at ang tensile strength ay umaabot sa 95% ng base material.
Ang impluwensya ng shielding gas sa kalidad ng hinang ay pangunahing nagmumula sa regulasyon nito sa paglipat ng enerhiya, sa thermodynamics ng tinunaw na pool, at mga reaksiyong kemikal:
1. Paglilipat ng enerhiya: Ang mataas na thermal conductivity ng helium ay nagpapabilis sa paglamig ng tinunaw na pool, na binabawasan ang lapad ng heat affected zone (HAZ); ang mababang thermal conductivity ng argon ay nagpapahaba sa tagal ng pag-iral ng tinunaw na pool, na kapaki-pakinabang para sa pagbuo ng manipis na mga plato sa ibabaw.
2. Katatagan ng tinunaw na pool: Ang daloy ng gas ay nakakaapekto sa daloy ng tinunaw na pool sa pamamagitan ng shear force, at ang angkop na rate ng daloy ay maaaring pumigil sa pagtalsik; ang labis na rate ng daloy ay magdudulot ng vortex, na hahantong sa mga depekto sa hinang.
3. Proteksyong kemikal: Ang mga inert gas ay naghihiwalay ng oxygen at pumipigil sa oksihenasyon ng mga elemento ng haluang metal (tulad ng Cr, Al); binabago ng mga aktibong gas (tulad ng N₂) ang mga katangian ng hinang sa pamamagitan ng pagpapalakas ng solidong solusyon o pagbuo ng compound, ngunit ang konsentrasyon ay kailangang tumpak na kontrolin.
Oras ng pag-post: Abril-09-2025
