Lazer qaynaq texnologiyasıYüksək enerji sıxlığı, aşağı istilik girişi və təmasda olmayan xüsusiyyətlərinə görə müasir dəqiq istehsalda əsas proseslərdən birinə çevrilmişdir. Lakin, qaynaq zamanı əridilmiş hovuzun atmosferlə təmasından qaynaqlanan oksidləşmə, məsaməlilik və elementlərin yanması kimi problemlər qaynaq tikişinin mexaniki xüsusiyyətlərini və xidmət müddətini ciddi şəkildə məhdudlaşdırır. Qaynaq mühitini idarə etmək üçün əsas mühit kimi, qoruyucu qazın növünün, axın sürətinin və üfürmə rejiminin seçilməsi material xüsusiyyətləri (məsələn, kimyəvi aktivlik, istilik keçiriciliyi) və lövhənin qalınlığı ilə birləşdirilməlidir.
Qoruyucu qazların növləri
Qoruyucu qazların əsas funksiyası oksigeni təcrid etmək, əridilmiş hovuzun davranışını tənzimləmək və enerji birləşməsinin səmərəliliyini artırmaqdır. Kimyəvi xüsusiyyətlərinə əsasən, qoruyucu qazlar inert qazlar (arqon, helium) və aktiv qazlar (azot, karbon qazı) olaraq təsnif edilə bilər. İnert qazlar yüksək kimyəvi sabitliyə malikdir və əridilmiş hovuzun oksidləşməsinin qarşısını effektiv şəkildə ala bilər, lakin istilik fiziki xüsusiyyətlərindəki əhəmiyyətli fərqlər qaynaq effektinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Məsələn, arqon (Ar) yüksək sıxlığa (1.784 kq/m³) malikdir və sabit bir örtük yarada bilər, lakin onun aşağı istilik keçiriciliyi (0.0177 Vt/m·K) əridilmiş hovuzun yavaş soyumasına və dayaz qaynaq nüfuz etməsinə səbəb olur. Bunun əksinə olaraq, helium (He) arqondan səkkiz dəfə yüksək istilik keçiriciliyinə (0.1513 Vt/m·K) malikdir və əridilmiş hovuzun soyumasını sürətləndirə və qaynaq nüfuzetməsini artıra bilər, lakin onun aşağı sıxlığı (0.1785 kq/m³) onu qaçmağa meylli edir və qoruyucu təsirini qorumaq üçün daha yüksək axın sürəti tələb edir. Azot (N₂) kimi aktiv qazlar müəyyən ssenarilərdə bərk məhlulun möhkəmləndirilməsi yolu ilə qaynaq möhkəmliyini artıra bilər, lakin həddindən artıq istifadə məsaməliliyə və ya kövrək fazaların çökməsinə səbəb ola bilər. Məsələn, ikiqat paslanmayan polad qaynaq edərkən, əridilmiş hovuza azotun diffuziyası ferrit/austenit faza balansını poza bilər və bu da korroziyaya davamlılığın azalmasına səbəb ola bilər.
Şəkil 1. 304L paslanmayan poladın lazerlə qaynağı (üst): Ar qaz qoruyucu; (alt): N2 qaz qoruyucu
Proses mexanizmi baxımından, heliumun yüksək ionlaşma enerjisi (24,6 eV) plazma qoruyucu effektini boğub lazer enerjisinin udulmasını artıra bilər və bununla da nüfuzetmə dərinliyini artıra bilər. Bu arada, arqonun aşağı ionlaşma enerjisi (15,8 eV) plazma buludlarının yaranmasına meyllidir ki, bu da müdaxiləni azaltmaq üçün defokusasiya və ya impuls modulyasiyası tələb edir. Bundan əlavə, aktiv qazlar və əridilmiş hovuz arasındakı kimyəvi reaksiya (məsələn, azotun poladda Cr ilə reaksiyaya girməsi) qaynaq tərkibini dəyişdirə bilər və material xüsusiyyətlərinə əsaslanaraq diqqətli seçim zəruridir.
Material tətbiq nümunələri:
• Polad: Nazik lövhəli (<3 mm) qaynaqda arqon səthi tamamlama təmin edə bilər, 1,5 mm aşağı karbonlu polad qaynaq tikişi üçün oksid təbəqəsinin qalınlığı cəmi 0,5 μm-dir; qalın lövhələr (>10 mm) üçün nüfuzetmə dərinliyini artırmaq üçün az miqdarda helium (He) əlavə edilməlidir.
• Paslanmayan polad: Arqon mühafizəsi Cr elementinin itkisinin qarşısını ala bilər, 3 mm qalınlığında 304 paslanmayan polad qaynaq tikişində Cr tərkibi 18,2% təşkil edir və əsas metalın 18,5%-nə yaxınlaşır; dupleks paslanmayan polad üçün nisbəti balanslaşdırmaq üçün Ar-N₂ qarışığı (N₂ ≤ 5%) lazımdır. Tədqiqatlar göstərir ki, 8 mm qalınlığında 2205 dupleks paslanmayan polad üçün Ar-2% N₂ qarışığı istifadə edildikdə, ferrit/austenit nisbəti 48:52 nisbətində sabitdir və dartılma möhkəmliyi 780 MPa təşkil edir ki, bu da təmiz arqon mühafizəsindən (720 MPa) daha üstündür.
• Alüminium ərintisi: Nazik lövhə (<3 mm): Alüminium ərintilərinin yüksək əks etdirmə qabiliyyəti aşağı enerji udma sürətinə səbəb olur və yüksək ionlaşma enerjisi (24,6 eV) ilə helium plazmanı sabitləşdirə bilər. Tədqiqatlar göstərir ki, 2 mm qalınlığında 6061 alüminium ərintisi heliumla qorunduqda, nüfuzetmə dərinliyi 1,8 mm-ə çatır və arqonla müqayisədə 25% artır, məsaməlilik dərəcəsi isə 1%-dən aşağıdır. Qalın lövhələr üçün (>5 mm): Alüminium ərintisi qalın lövhələr yüksək enerji girişi tələb edir və helium-arqon qarışığı (He:Ar = 3:1) həm nüfuzetmə dərinliyini, həm də dəyəri tarazlaşdıra bilər. Məsələn, 8 mm qalınlığında 5083 lövhələri qaynaq edərkən, qarışıq qaz qorunması altında nüfuzetmə dərinliyi 6,2 mm-ə çatır və təmiz arqon qazı ilə müqayisədə 35% artır və qaynaq dəyəri 20% azalır.
Qeyd: Orijinal mətndə bəzi səhvlər və uyğunsuzluqlar var. Təqdim olunan tərcümə mətnin düzəldilmiş və ardıcıl versiyasına əsaslanır.
Argon qazının axın sürətinin təsiri
Arqon qazının axın sürəti əridilmiş hovuzun qaz örtük qabiliyyətinə və maye dinamikasına birbaşa təsir göstərir. Axın sürəti qeyri-kafi olduqda, qaz təbəqəsi havanı tamamilə təcrid edə bilmir və əridilmiş hovuzun kənarı oksidləşməyə və qaz məsamələrinin əmələ gəlməsinə meyllidir; axın sürəti çox yüksək olduqda, əridilmiş hovuzun səthini yuya və qaynaq çöküntüsünə və ya sıçramasına səbəb ola biləcək turbulentliyə səbəb ola bilər. Reynolds maye mexanikası sayına görə (Re = ρvD/μ), axın sürətinin artması qaz axını sürətini artıracaq. Re > 2300 olduqda, laminar axın turbulent axına çevrilir ki, bu da əridilmiş hovuzun sabitliyini pozacaq. Buna görə də, kritik axın sürətinin təyini təcrübələr və ya ədədi simulyasiyalar (məsələn, CFD) vasitəsilə təhlil edilməlidir.
Şəkil 2. Müxtəlif qaz axın sürətlərinin qaynaq tikişinə təsiri
Axın optimallaşdırılması materialın istilik keçiriciliyi və lövhə qalınlığı ilə birlikdə tənzimlənməlidir:
• Polad və paslanmayan polad üçün: Nazik polad lövhələr (1-2 mm) üçün axın sürəti tercihen 10-15 L/dəq-dir. Qalın lövhələr (>6 mm) üçün quyruq oksidləşməsini yatırmaq üçün 18-22 L/dəq-yə qədər artırılmalıdır. Məsələn, 6 mm qalınlığında 316L paslanmayan poladın axın sürəti 20 L/dəq olduqda, HAZ sərtliyinin vahidliyi 30% yaxşılaşır.
• Alüminium ərintisi üçün: Yüksək istilik keçiriciliyi qoruma müddətini uzatmaq üçün yüksək axın sürəti tələb edir. 3 mm qalınlığında 7075 alüminium ərintisi üçün axın sürəti 25-30 L/dəq olduqda məsaməlilik sürəti ən aşağıdır (0,3%). Lakin, ultra qalın lövhələr (>10 mm) üçün turbulentliyin qarşısını almaq üçün kompozit üfürmə ilə birləşdirmək lazımdır.
Qaz üfləmə rejiminin təsiri
Qaz üfürmə rejimi, qaz axınının istiqamətini və paylanmasını idarə etməklə əridilmiş hovuzun axın modelinə və qüsurun yatırılması effektinə birbaşa təsir göstərir. Qaz üfürmə rejimi, səth gərginliyi qradiyentini və Marangoni axınını (Marangoni axını) dəyişdirərək əridilmiş hovuzun axınını tənzimləyir. Yan üfürmə, əridilmiş hovuzun müəyyən bir istiqamətdə axmasına səbəb ola bilər, məsamələri və şlak daxilolmasını azaldır; kompozit üfürmə, çoxistiqamətli qaz axını vasitəsilə enerji paylanmasını balanslaşdıraraq qaynaq əmələ gəlməsinin vahidliyini artıra bilər.
Əsas üfürmə üsullarına aşağıdakılar daxildir:
• Koaksial üfürmə: Qaz axını lazer şüası ilə koaksial olaraq çıxarılır və ərimiş hovuzu simmetrik şəkildə əhatə edir və yüksək sürətli qaynaq üçün uyğundur. Onun üstünlüyü yüksək proses stabilliyidir, lakin qaz axını lazer fokuslanmasına mane ola bilər. Məsələn, avtomobil sinklənmiş polad lövhədə (1,2 mm) koaksial üfürmə istifadə edildikdə, qaynaq sürəti 40 mm/s-yə qədər artırıla bilər və sıçrama sürəti 0,1-dən azdır.
• Yan tərəfə üfürmə: Qaz axını əridilmiş hovuzun yanından daxil edilir və bu, plazma və ya dib çirklərini istiqamətli şəkildə təmizləmək üçün istifadə edilə bilər və dərin nüfuzetmə qaynağı üçün uyğundur. Məsələn, 12 mm qalınlığında Q345 polad üzərində 30° bucaq altında üfürmə zamanı qaynaq nüfuzetməsi 18% artır və dib məsaməliliyi nisbəti 4%-dən 0,8%-ə qədər azalır.
• Kompozit üfürmə: Koaksial və yan üfürməni birləşdirərək, eyni zamanda oksidləşməni və plazma müdaxiləsini basdıra bilər. Məsələn, ikiqat burunlu dizaynlı 3 mm qalınlığında 6061 alüminium ərintisi üçün məsaməlilik dərəcəsi 2,5%-dən 0,4%-ə endirilir və dartılma möhkəmliyi əsas materialın 95%-nə çatır.
Qoruyucu qazın qaynaq keyfiyyətinə təsiri əsasən enerji ötürülməsinin tənzimlənməsindən, ərimiş hovuzun termodinamikasından və kimyəvi reaksiyalardan qaynaqlanır:
1. Enerji ötürülməsi: Heliumun yüksək istilik keçiriciliyi əridilmiş hovuzun soyumasını sürətləndirir və istilik təsir zonasının (HAZ) enini azaldır; arqonun aşağı istilik keçiriciliyi əridilmiş hovuzun mövcudluq müddətini uzadır ki, bu da nazik lövhələrin səth əmələ gəlməsi üçün faydalıdır.
2. Ərinmiş hovuzun sabitliyi: Qaz axını kəsmə qüvvəsi vasitəsilə ərimiş hovuzun axınına təsir göstərir və müvafiq axın sürəti sıçramanın qarşısını ala bilər; həddindən artıq axın sürəti burulğana səbəb olacaq və qaynaq qüsurlarına səbəb olacaq.
3. Kimyəvi qoruma: İnert qazlar oksigeni təcrid edir və ərinti elementlərinin (məsələn, Cr, Al) oksidləşməsinin qarşısını alır; aktiv qazlar (məsələn, N₂) bərk məhlulun möhkəmləndirilməsi və ya birləşmə əmələ gəlməsi yolu ilə qaynaq xüsusiyyətlərini dəyişdirir, lakin konsentrasiya dəqiq idarə olunmalıdır.
Yazı vaxtı: 09 aprel 2025
