Koji faktori utiču na čistoću azota pri laserskom zavarivanju?

Увод

Ласерско заваривање се појавило као револуциона техника у модерној производњи, позната по својој прецизности, високој брзини рада и минималној зони утицаја топлоте. У овом процесу, азот има кључну улогу као заштитни гас. Високопурни азот је неопходан како би се спречила оксидација заварног вана, смањила порозност и побољшала укупна квалитет завара. Међутим, постизање и одржавање жељене чистоће азота зависи од неколико фактора, које ћемо детаљно истражити у овом чланку.

1. Извор азота

1.1 Атмосферска генерација

Најчешће се азот који се користи у ласерском заваривању добија из ваздуха. Ваздух садржи приближно 78% азота, као и кисеоник, аргон и трагове других гасова. Да би се добио азот из ваздуха, користе се методе као што су адсорпција под променљивим притиском (PSA) или мембрана за сепарацију. У PSA процесу, ваздух се компримује и пропушта кроз слој адсорбционих материјала (најчешће цеолита). Ови материјали имају већу сродност према кисеонику и другим нечистоћама у односу на азот. Као резултат, азот се сепарира и прикупља. Међутим, ефикасност PSA система у производњи висококвалитетног азота зависи од неколико фактора, као што су квалитет адсорбционог материјала, радни притисак и температура, као и проток улазног ваздуха. Ако адсорбент постане засићен или се с временом деградира, то може довести до смањења чистоће азота. На пример, ако се PSA јединица не одржава правилно и адсорбент не регенерише ефикасно, кисеоник и друге нечистоће могу да продру и смање чистоћу азота са нивоа који је жељен (99,99% или више) на нижи ниво.

Мембрана сепарација, с друге стране, користи полу-пропусну мембрану. Када се компримовани ваздух пропусти кроз ову мембрану, гасови са мањим молекулским величинама (као што је кисеоник) лакше пролазе кроз мембрану у односу на азот. Затим се прикупља струја обогаћена азотом. Међутим, фактори као што су интегритет мембране и притисни разлика на мембрани могу утицати на чистоћу. Оштећена мембрана може допустити пролаз веће количине загађивача, чиме се смањује чистоћа азота.

1.2 Течно азот

Tečni azot je još izvor azota za lasersko zavarivanje. Čuva se u kriogenim rezervoarima i isparava pre upotrebe. Tečni azot obično ima veoma visoku čistoću, često iznad 99,999%. Međutim, tokom procesa isparavanja postoji rizik od kontaminacije. Ako oprema za isparavanje nije čista ili ako postoji curenje u sistemu za isporuku, vлага ili druge gasove iz okolnog vazduha mogu da se mešaju sa azotom, smanjujući njegovu čistoću. Na primer, ako je oštećena izolacija na kriogenom rezervoaru, topao vazduh može da uđe, što izaziva kondenzaciju vlage i potencijalno kontaminaciju azota tokom isparavanja.

2. Zahtevi za čistoću u zavisnosti od materijala

2.1 Zavarivanje nehrđajućeg čelika

Kod laserskog zavarivanja nehrđajućeg čelika, visoka čistoća azotom je ključna. Nehrđajući čelik sadrži hrom koji stvara zaštitni oksidni sloj na površini. Tokom zavarivanja, ako čistoća azota nije dovoljna, kiseonik može da reaguje sa rastopljenim metalom, ometajući formiranje ovog zaštitnog oksidnog sloja. To može dovesti do smanjenja otpornosti zavara na koroziju. Za visokokvalitetno lasersko zavarivanje nehrđajućeg čelika, preporučuje se čistoća azota od 99,995% ili viša. Čak i najmanje odstupanje od ove čistoće može izazvati vidljivo oksidovanje na površini zavara, što ne utiče samo na estetiku, već i na dugoročnu izdržljivost zavarene komponente.

2.2 Aluminijum i njegove legure

Алуминијум и његове легуре веома су реактивни на кисеоник. У ласерском заваривању ових материјала, азот делује као заштитни гас како би се спречило оксидовање топљене зоне. Међутим, различите легуре алуминијума могу имати различиту осетљивост на чистоћу азота. На пример, неке легуре алуминијума високе чврстоће које се користе у аерокосмичкој индустрији захтевају изузетно чист азот, често у опсегу од 99,999%. Азот ниже чистоће може унети нечистоће у завар, што доводи до формирања порозности или смањења механичке чврстоће споја. Насупрот томе, за неке уобичајене легуре алуминијума које се користе у мање критичним применама, нешто нижа чистоћа азота од око 99,99% може бити прихватљива, али и даље свако значајно одступање може изазвати недостатке у завару.

3. Чиниоци у вези са опремом

3.1 Систем за довод гаса

Систем за довод гаса у ласерском заваривању укључује цеви, вентиле и мерила протока. Ако ови делови нису чисти или су направљени од материјала који могу да реагују са азотом или загађујућим материјама у ваздуху, они могу утицати на чистоћу азота. На пример, ако су цеви рђаве, честице оксида гвожђа могу се носити у струји азота. Вентили који нису правилно запушени могу допустити да ваздух продре у систем, разређујући азот и смањујући његову чистоћу. Мерила протока морају бити прецизно калибрована. Нетачан проток може довести до неправилне равнотеже између азота и околине у заваривачкој зони. Ако је проток азота превише низак, можда неће ефикасно штитити заварени део, дозвољавајући кисеонику да уђе и смањујући ефективну чистоћу азота на радном месту.

3.2 Дизајн ласерског заваривачког машине

Дизајн саме машине за ласерско заваривање такође може утицати на чистоћу азота. Неке машине за ласерско заваривање имају боље запушене коморе око зоне заваривања, што помаже у одржавању високе чистоће азота. Код машина са лошим запушањем, ваздух може продирати у зону заваривања, разрежујући азот. Поред тога, позиција и оријентација млазница које доводе азот су важне. Ако су млазнице лоше пројектоване или неправилно постављене, азот се може неравномерно распоредити око заварене зоне. То може довести до појаве области са нижом концентрацијом азота, чиме се ефективно смањује чистоћа у тим критичним областима.

4. Околн фактори

4.1 Влажност

Влажност у окружењу може бити значајан фактор који утиче на чистоћу азота. Влага из ваздуха може да продре у струју азота, посебно ако постоје цурења у систему за довод гаса или током процеса генерисања азота. Водена пара може да реагује са врућим металом током заваривања, изазивајући формирање водоника, што може довести до порозности завара. У високо-влажним условима, неопходно је предузети посебне мере предострожности, као што је коришћење апсорбера влаге у линији за довод азота ради уклањања влаге. Чак и мала количина водене паре у азоту може негативно да утиче на квалитет завара, па је зато од суштинске важности да се влажност азота одржава на ниском нивоу ради постизања висококвалитетних ласерских завара.

4.2 Температура

Varijacije temperature takođe mogu da utiču na čistoću azota. Kod nekih metoda generisanja azota, poput PSA, kapacitet adsorpcije materijala za adsorpciju može biti pod uticajem temperature. Više temperature mogu smanjiti efikasnost adsorpcione materije u uklanjanju nečistoća iz vazduha, što rezultira azotom niže čistoće. Osim toga, u sistemu za dovod gasa, promene temperature mogu izazvati širenje ili skupljanje cevi i ventila. Ako ove komponente nisu pravilno projektovane da izdrže takve promene temperature, to može dovesti do curenja, omogućavajući ulazak vazduha i smanjujući čistoću azota.

5. Честа питања и одговори

Питање 1: Да ли могу користити обичан компримовани ваздух уместо високопурног азота за ласерско заваривање?

Одговор: Обичан компримовани ваздух садржи значајну количину кисеоника (око 21%). Током ласерског заваривања, кисеоник ће реаговати са топљеним металом, узрокујући оксидацију, порозност и смањење механичких особина завара. Високопурни азот се користи за стварање инертне средине око заварног корита, чиме се спречавају ови проблеми. Због тога није препоручљиво коришћење обичног компримованог ваздуха за ласерско заваривање.

Питање 2: Колико често треба тестирати чистоћу азота у мом систему за ласерско заваривање?

Odgovor: Preporučuje se da testirate čistoću azota najmanje jednom dnevno, posebno ako je proces laserskog zavarivanja kontinuiran. Međutim, ako primetite znakove loše kvalitete zavarivanja, poput prekomerne poroznosti ili oksidacije, treba odmah testirati čistoću azota. Osim toga, ako su izvršene bilo kakve promene na sistemu za generisanje azota, sistemu za isporuku gasa ili na okolini, testiranje čistoće je ključno za obezbeđivanje stabilne kvalitete zavarivanja.

Pitanje 3: Šta mogu da uradim ako ustanovim da je čistoća azota u mom sistemu za lasersko zavarivanje niža nego što je potrebno?

Одговор: Прво, проверите систем за производњу азота. Ако је у питању ПСА систем, осигурајте да је адсорбент правилно регенерисан и да није засићен. За системе са мембранским сепарацијом, проверите мембрану да ли има оштећења. У систему за довод гаса, проверите цеви, вентиле и спојеве на цурење. Очистите запушена компонента. Ако користите течни азот, осигурајте да је опрема за испаравање чиста и да линије довода нису контаминиране. Ако проблем остаје, узмите у обзир консултације са професионалним техничаром или произвођачем опреме за азот.