Kādi faktori ietekmē slāpekļa tīrību lāzeru metinēšanā?

Ievads

Lāzeru metināšana ir kļuvusi par revolucionāru tehniku mūsdienu ražošanā, kas pazīstama ar precizitāti, augstu darbības ātrumu un minimālu siltuma ietekmes zonu. Šajā procesā slāpeklis svarīgu lomu pilda kā aizsarggāzi. Augstas tīrības slāpeklis ir būtisks, lai novērstu metinājuma vannas oksidēšanos, samazinātu porainību un uzlabotu metinājuma kopējo kvalitāti. Tomēr, lai sasniegtu un uzturētu vēlamo slāpekļa tīrību, uz to ietekmē vairāki faktori, kurus šajā rakstā detalizēti aplūkosim.

1. Slāpekļa avots

1.1 Atmosfēras ģenerēšana

Visbiežāk slāpeklis, ko izmanto lāzeru metināšanā, tiek iegūts no gaisa. Gaiss satur aptuveni 78% slāpekļa, kā arī skābekli, argonu un niecīgas citas gāzes. Lai iegūtu slāpekli no gaisa, tiek izmantotas metodes, piemēram, adsorbcijas cikla metode pie mainīga spiediena (PSA) vai membrānas atdalīšanas metode. Izmantojot PSA metodi, gaiss tiek saspiests un palaists caur adsorbējošu materiālu (parasti cietajiem zeolītiem). Šiem materiāliem ir lielāka saistīšanās spēja attiecībā pret skābekli un citām nepīrībām nekā pret slāpekli. Rezultātā slāpekļa gāze tiek atdalīta un savākta. Tomēr PSA sistēmu efektivitāte augstas tīrības slāpekļa ražošanā ir atkarīga no vairākiem faktoriem, piemēram, adsorbenta kvalitātes, darba spiediena un temperatūras, kā arī pieplūstošā gaisa plūsmas ātruma. Ja laika gaitā adsorbents piesātinās vai degradējas, tas var izraisīt slāpekļa tīrības samazināšanos. Piemēram, ja PSA iekārta netiek pareizi uzturēta un adsorbents netiek efektīvi atjaunots, skābeklis un citi piesārņotāji var sākt izlauzties, samazinot slāpekļa tīrību no vēlamajiem 99,99% (vai pat augstākiem rādītājiem) līdz zemākai vērtībai.

Membrānas atdalīšana, no otras puses, izmanto puscaurlaidīgu membrānu. Kad sašķidrinātais gaiss plūst caur šo membrānu, gāzes ar mazāku molekulu izmēru (piemēram, skābeklis) vieglāk iziet caur membrānu nekā slāpeklis. Tad tiek savākta slāpekli bagātināta straume. Taču faktori, piemēram, membrānas integritāte un spiediena starpība caur membrānu, var ietekmēt tīrību. Bojāta membrāna var ļaut vairāk piesārņotājiem iziet cauri, tādējādi samazinot slāpekļa tīrību.

1.2 Šķidrais slāpeklis

Šķidrais slāpeklis ir vēl viens slāpekļa avots lāzeru metināšanai. To uzglabā kriogēnās tvertnēs un pirms lietošanas to iztvaiko. Šķidrajam slāpeklim parasti ir ļoti augsta tīrība, bieži virs 99,999%. Tomēr iztvaikošanas procesā pastāv kontaminācijas risks. Ja iztvaikotāja iekārta nav tīra vai ja piegādes sistēmā ir noplūde, apkārtējā vidē esošs mitrums vai citi gāzes var sajaukties ar slāpekli, samazinot tā tīrību. Piemēram, ja kriogēnās tvertnes izolācija ir bojāta, siltsts gaiss var iekļūt, izraisot mitruma kondensāciju un potenciāli piesārņot slāpekli tā iztvaikošanas laikā.

2. Tīrības prasības atkarībā no materiāliem

2.1 Nerūsējošā tērauda metināšana

Lāzeru metinot nerūsējošo tēraudu, slāpekļa augsta tīrība ir kritiski svarīga. Nerūsējošais tērauds satur hromu, kas veido aizsargājošu oksīda slāni uz virsmas. Metināšanas laikā, ja slāpekļa tīrība ir nepietiekama, skābeklis var reaģēt ar kausēto metālu, traucējot šī aizsargājošā oksīda slāņa veidošanos. Tas var izraisīt samazinātu korozijizturību metinātajā locītuvē. Lai nodrošinātu augstas kvalitātes nerūsējošā tērauda lāzeru metināšanu, parasti ieteic slāpekļa tīrības līmeni 99,995% vai augstāku. Pat neliels novirzes no šīs tīrības var izraisīt redzamu oksidāciju metinājuma virsmā, kas ne tikai ietekmē estētiku, bet arī metinātā komponenta ilgtermiņa veiktspēju.

2.2 Alumīnijs un tā sakausējumi

Alumīnijs un tā sakausējumi ir ļoti reaģējoši ar skābekli. Lāzeru metināšanas laikā šajos materiālos slāpeklis darbojas kā aizsargājoša vide, kas novērš kušanas baseina oksidēšanos. Tomēr dažādi alumīnija sakausējumi var būt dažādi jutīgi pret slāpekļa tīrību. Piemēram, daži augstas izturības alumīnija sakausējumi, ko izmanto aviācijas un kosmosa nozarē, prasa ļoti tīru slāpekti, bieži vien 99,999% diapazonā. Zemākas tīrības slāpeklis var ieviest piemaisījumus metā, izraisot poru veidošanos vai samazinot locītavas mehānisko izturību. Savukārt dažiem parastajiem alumīnija sakausējumiem, kas izmantoti mazāk kritiskās lietojumprogrammās, pieļaujams nedaudz zemāks slāpekļa tīrības līmenis, aptuveni 99,99%, tomēr joprojām jebkura ievērojama novirze var izraisīt metināšanas defektus.

3. Aprīkojuma faktori

3.1 Gāzes piegādes sistēma

Gāzes piegādes sistēmā, ko izmanto lāzeru metināšanas iekārtā, ietilpst caurules, vārsti un plūsmas mērītāji. Ja šie komponenti nav tīri vai tie izgatavoti no materiāliem, kas var reaģēt ar slāpekli vai gaisa piesārņojumu, tie var ietekmēt slāpekļa tīrību. Piemēram, ja caurules ir rūsējušas, rūsas daļiņas var tikt aizvadītas līdzi slāpekļa plūsmā. Vārsti, kuri nav pareizi noslēgti, var ļaut gaisam izkļūt sistēmā, atšķaidot slāpekli un samazinot tā tīrību. Plūsmas mērītājiem ir jābūt precīzi kalibrētiem. Nepareiza plūsmas ātruma dēļ var rasties nepareizs līdzsvars starp slāpekli un apkārtējo gaisu metināšanas zonā. Ja slāpekļa plūsmas ātrums ir pārāk zems, tas var nespēt efektīvi aizsargāt metināšanas baseinu, ļaujot skābeklim iekļūt un samazinot slāpekļa efektīvo tīrību darba zonā.

3.2 Lāzeru metināšanas mašīnas konstrukcija

Lāzera metināšanas mašīnas dizains pats par sevi var ietekmēt slāpekļa tīrību. Dažām lāzera metināšanas mašīnām ir labāk noslēgtas kamera ap metināšanas zonu, kas palīdz uzturēt augstākas tīrības slāpekļa vidi. Mašīnās ar zemas kvalitātes blīvēm gaisa var izkļūt metināšanas zonā, atšķaidot slāpekli. Turklāt svarīga ir pozīcija un gāzes sprauslu orientācija, kas piegādā slāpekli. Ja sprauslas nav pareizi izstrādātas vai novietotas, slāpeklis var tikt nevienmērīgi sadalīts ap metināšanas baseinu. Tas var izraisīt apgabalus, kur slāpekļa koncentrācija ir zemāka, efektīvi samazinot tīrību šajās kritiskajās vietās.

4. Vides faktori

4.1 Mitruma līmenis

Mitruma apkārtējā vidē var būt nozīmīgs faktors, kas ietekmē slāpekļa tīrību. Gaisa mitruma tvaiks var nonākt slāpekļa plūsmā, īpaši, ja gāzes piegādes sistēmā ir noplūdes vai slāpekļa ražošanas procesā. Ūdens tvaiks var reaģēt ar karstu metālu metinot, izraisot ūdeņraža veidošanos, kas var izraisīt porainību metinājumā. Augstas mitruma vides apstākļos ir jāveic īpaši pasākumi, piemēram, izmantojot adsorbcijas žāvētājus slāpekļa piegādes līnijā, lai no mitruma atbrīvotos. Pat neliels daudzums ūdens tvaika slāpekļā var negatīvi ietekmēt metinājuma kvalitāti, tāpēc ir būtiski uzturēt zemu mitrumu slāpekļa plūsmā, lai sasniegtu augstas kvalitātes lāzera metinājumus.

4.2 Temperatūra

Temperatūras svārstības var ietekmēt arī slāpekļa tīrību. Dažās slāpekļa ražošanas metodēs, piemēram, adsorbcijas metodē ar mainīgu spiedienu (PSA), adsorbenta materiālu adsorbcijas spēja var tikt ietekmēta no temperatūras. Augstāka temperatūra var samazināt adsorbenta efektivitāti, no gaisa noņemot piemaisījumus, kā rezultātā iegūst zemākas tīrības slāpekļa izvadi. Turklāt gāzes piegādes sistēmā temperatūras izmaiņas var izraisīt cauruļu un vārstu izplešanos vai saraušanos. Ja šie komponenti nav pareizi izstrādāti, lai izturētu šādas temperatūras izmaiņas, tas var izraisīt noplūdes, ļaujot gaisam iekļūt sistēmā un samazinot slāpekļa tīrību.

5. Biežāk uzdotie jautājumi un atbildes

Jautājums 1: Vai es varu izmantot parasto sažāvēto gaisu, nevis augstas tīrības slāpekli lāzeru metināšanai?

Atbilde: Parastajā sažāvētajā gaisā ir ievērojams skābekļa daudzums (apmēram 21%). Metināšanas laikā skābeklis reaģēs ar kausēto metālu, izraisot oksidāciju, porainību un metinājuma mehānisko īpašību pasliktināšanos. Augstas tīrības slāpeklis tiek izmantots, lai radītu inertu vidi ap metinājuma baseinu, novēršot šīs problēmas. Tāpēc nav ieteicams lāzeru metināšanai izmantot parasto sažāvēto gaisu.

Jautājums 2: Cik bieži man vajadzētu pārbaudīt slāpekļa tīrību savā lāzeru metināšanas iekārtā?

Atbilde: Ieteicams testēt slāpekļa tīrību vismaz vienu reizi dienā, īpaši, ja lasersavienošanas process ir nepārtraukts. Tomēr, ja ir pazīmes par sliktu metinājuma kvalitāti, piemēram, pārmērīga porainība vai oksidācija, slāpekļa tīrība jāpārbauda uzreiz. Turklāt, ja ir veiktas jebkādas izmaiņas slāpekļa ražošanas sistēmā, gāzes piegādes sistēmā vai arī vides apstākļos, tīrības pārbaude ir kritiski svarīga, lai nodrošinātu vienmērīgu metinājuma kvalitāti.

Jautājums 3: Ko es varu darīt, ja atklāju, ka slāpekļa tīrība manā lasersavienošanas iestatē ir zemāka nekā nepieciešams?

Atbilde: Vispirms pārbaudiet slāpekļa ražošanas sistēmu. Ja tā ir PSA sistēma, pārliecinieties, ka adsorbents tiek pareizi atjaunots un nav piesātināts. Membrānas atdalīšanas sistēmām pārbaudiet membrānu, vai tajā nav bojājumu. Gāzes piegādes sistēmā meklējiet noplūdes caurulēs, vārstos un savienojumos. Notīriet netīrus komponentus. Ja tiek izmantots šķidrais slāpeklis, pārliecinieties, ka iztvaikošanas iekārta ir tīra un piegādes līnijā nav piesārņojuma. Ja problēma joprojām pastāv, apsveriet iespēju konsultēties ar kvalificētu tehniķi vai slāpekļa iekārtu ražotāju.