Teknolojiya weldingê ya lazerê, ji ber dendika enerjiya xwe ya bilind, têketina germê ya kêm û taybetmendiyên bêtemas, bûye yek ji pêvajoyên bingehîn ên di çêkirina rastîn a nûjen de. Lêbelê, pirsgirêkên wekî oksîdasyon, porozîtî û şewitandina hêmanan ku ji ber têkiliya hewza helandî bi atmosferê re di dema kaynakirinê de çêdibin, taybetmendiyên mekanîkî û temenê karûbarê dirûna kaynakirinê bi giranî sînordar dikin. Wekî navgîna bingehîn ji bo kontrolkirina jîngeha kaynakirinê, hilbijartina celeb, rêjeya herikînê û moda bayê ya gaza parastinê hewce ye ku bi taybetmendiyên materyalê (wekî çalakiya kîmyewî, guhêrbariya germî) û qalindahiya plakayê re were hevber kirin.
Cureyên gazên parastinê
Karê bingehîn ê gazên parastinê ew e ku oksîjenê îzole bike, tevgera hewza helandî rêk bixe, û karîgeriya girêdana enerjiyê baştir bike. Li gorî taybetmendiyên wan ên kîmyewî, gazên parastinê dikarin bibin gazên bêbandor (argon, helyûm) û gazên çalak (nîtrojen, karbondîoksît). Gazên bêbandor xwedî aramiya kîmyewî ya bilind in û dikarin bi bandor pêşî li oksîdasyona hewza helandî bigirin, lê cûdahiyên wan ên girîng di taybetmendiyên wan ên fîzîkî yên germî de bi girîngî bandorê li bandora welding dikin. Mînakî, argon (Ar) xwedî densiteyek bilind e (1.784 kg/m³) û dikare pêçek stabîl çêbike, lê guhêrbariya wê ya germî ya nizm (0.0177 W/m·K) dibe sedema sarbûna hêdî ya hewza helandî û penetrasyona welding a kêm. Berevajî vê, helyûm (He) xwedî guhêrbariya germî ya heşt qat bilindtir e (0.1513 W/m·K) ji argonê û dikare sarbûna hewza helandî bilezîne û penetrasyona welding zêde bike, lê densiteya wê ya nizm (0.1785 kg/m³) wê dike ku bireve, ji bo parastina bandora parastinê rêjeyek herikîna bilindtir hewce dike. Gazên çalak ên wekî nîtrojen (N₂) dikarin di hin senaryoyan de bi rêya xurtkirina çareseriya hişk hêza qayîşkirinê zêde bikin, lê karanîna zêde dikare bibe sedema porozîtî an jî barîna qonaxên şikestî. Mînakî, dema ku pola zengarnegir a dupleks tê qayîşkirin, belavbûna nîtrojenê di nav hewza helandî de dikare hevsengiya qonaxa ferît/austenît têk bibe, ku di encamê de berxwedana korozyonê kêm dibe.
Wêne 1. Qeydakirina lazer a pola zengarnegir a 304L (jor): Parastina gaza Ar; (jêr): Parastina gaza N2
Ji perspektîfa mekanîzmaya pêvajoyê ve, enerjiya îyonîzasyona bilind a helyûmê (24.6 eV) dikare bandora parastina plazmayê kêm bike û vegirtina enerjiya lazerê zêde bike, bi vî awayî kûrahiya penetrasyonê zêde bike. Di heman demê de, enerjiya îyonîzasyona nizm a argonê (15.8 eV) meyla çêkirina ewrên plazmayê dike, ku ji bo kêmkirina destwerdanê hewceyê nefokuskirinê an modûlasyona pulsê ye. Wekî din, reaksiyona kîmyewî ya di navbera gazên çalak û hewza helandî de (wek reaksiyona nîtrojenê bi Cr re di pola de) dikare pêkhateya qalibê biguherîne, û hilbijartinek baldar li gorî taybetmendiyên materyalê pêdivî ye.
Nimûneyên Bikaranîna Materyalên Bikaranînê:
• Pola: Di kaynakirina plakaya zirav (<3 mm) de, argon dikare qedandina rûyê misoger bike, bi qalindahiya qata oksîdê tenê 0.5 μm ji bo dirûneke kaynakirina pola kêm-karbon a 1.5 mm; ji bo plakayên stûr (>10 mm), pêdivî ye ku mîqdarek piçûk ji helyûmê (He) were zêdekirin da ku kûrahiya penetrasyonê zêde bibe.
• Pola zengarnegir: Parastina Argonê dikare pêşî li windabûna elementa Cr bigire, bi rêjeya Cr ya 18.2% di derziya weldingê ya pola zengarnegir a 304 a bi qalindahiya 3 mm de ku nêzîkî 18.5% ji metala bingehîn dibe; ji bo pola zengarnegir a dupleks, ji bo hevsengkirina rêjeyê tevliheviyek Ar-N₂ (N₂ ≤ 5%) hewce ye. Lêkolînan nîşan dane ku dema ku ji bo pola zengarnegir a dupleks a 2205 a bi qalindahiya 8 mm tevliheviyek Ar-2% N₂ tê bikar anîn, rêjeya ferît/austenît li 48:52 sabît e, bi berxwedana kişandinê ya 780 MPa, ku ji parastina argonê ya paqij (720 MPa) çêtir e.
• Alava Aluminiumê: Plaqeya zirav (<3 mm): Refleksîfbûna bilind a alavayên aluminiumê dibe sedema rêjeyek kêm a vegirtina enerjiyê, û helyûm, bi enerjiya xwe ya îyonîzasyonê ya bilind (24.6 eV), dikare plazmayê stabîl bike. Lêkolîn nîşan didin ku dema ku alava aluminiumê ya 6061 a 2 mm stûr ji hêla helyûmê ve tê parastin, kûrahiya penetrasyonê digihîje 1.8 mm, li gorî argonê %25 zêde dibe, û rêjeya porozîteyê ji %1 kêmtir e. Ji bo plakayên stûr (>5 mm): Plaqeyên stûr ên alava aluminiumê hewceyê têketina enerjiyê ya bilind in, û tevliheviyek helyûm-argonê (He:Ar = 3:1) dikare hem kûrahiya penetrasyonê û hem jî lêçûnê hevseng bike. Mînakî, dema ku plakayên 5083 ên 8 mm stûr têne qelandin, kûrahiya penetrasyonê di bin parastina gaza tevlihev de digihîje 6.2 mm, li gorî gaza argonê ya paqij %35 zêde dibe, û lêçûna qelandinê %20 kêm dibe.
Têbînî: Nivîsa orîjînal hin şaşî û nelihevhatin dihewîne. Wergera ku hatiye pêşkêşkirin li ser guhertoya rastkirî û hevgirtî ya nivîsê ye.
Bandora rêjeya herikîna gaza argonê
Rêjeya herikîna gaza argonê rasterast bandorê li ser kapasîteya veşartina gazê û dînamîkên şilavê yên hewza helandî dike. Dema ku rêjeya herikînê têrê nake, qata gazê nikare bi tevahî hewayê îzole bike, û qiraxa hewza helandî ji oksîdasyonê û çêbûna kunên gazê re meyldar e; dema ku rêjeya herikînê pir zêde be, dibe ku bibe sedema turbulansê, ku dikare rûyê hewza helandî bişo û bibe sedema depresyona welding an jî rijandinê. Li gorî hejmara Reynolds a mekanîka şilavê (Re = ρvD/μ), zêdebûna rêjeya herikînê dê leza herikîna gazê zêde bike. Dema ku Re > 2300 be, herikîna laminar vediguhere herikîna turbulent, ku dê aramiya hewza helandî xera bike. Ji ber vê yekê, destnîşankirina rêjeya herikîna krîtîk hewce ye ku bi rêya ceribandinan an simulasyonên hejmarî (wek CFD) were analîz kirin.
Wêne 2. Bandorên Rêjeyên Herikîna Gazê yên Cûda li ser Dirûna Qelandinê
Pêdivî ye ku optîmîzasyona herikînê bi hev re bi guhêrbarîya germî ya materyalê û qalindahiya plakayê re were sererast kirin:
• Ji bo pola û pola zengarnegir: Ji bo plakayên pola yên zirav (1-2 mm), rêjeya herikînê bi tercîhî 10-15 L/min e. Ji bo plakayên stûr (>6 mm), divê ew bigihîje 18-22 L/min da ku oksîdasyona dûvikê were tepeserkirin. Mînakî, dema ku rêjeya herikîna pola zengarnegir a 316L ya 6 mm stûr 20 L/min be, yekrengiya hişkiya HAZ bi rêjeya %30 çêtir dibe.
• Ji bo hevbendiya alumînyûmê: Ji bo dirêjkirina dema parastinê, rêjeyek bilind a herikînê hewce dike. Ji bo hevbendiya alumînyûmê ya 7075 a bi qalindahiya 3 mm, rêjeya porozîteyê herî kêm e (%0.3) dema ku rêjeya herikînê 25-30 L/min be. Lêbelê, ji bo plakayên pir qalind (>10 mm), pêdivî ye ku bi fîşeka kompozît re were hev kirin da ku ji turbulansê dûr bikevin.
Bandora moda gaza bayê
Moda gaza bayê rasterast bandorê li ser şêweya herikîna hewza helandî û bandora tepeserkirina kêmasiyan dike bi kontrolkirina rê û belavbûna herikîna gazê. Moda gaza bayê herikîna hewza helandî bi guhertina gradyana tansiyona rûberî û herikîna Marangoni (herikîna Marangoni) rêk dixe. Bayê alî dikare hewza helandî ber bi rêyeke diyarkirî ve biherike, kun û têketina şelmê kêm dike; bayê kompozît dikare bi hevsengkirina belavkirina enerjiyê bi rêya herikîna gazê ya pir-alî, yekrengiya çêbûna weldê baştir bike.
Rêbazên sereke yên lêdanê ev in:
• Bayê hevaheng: Herikîna gazê bi tîrêjên lazerê re bi awayekî hevaheng tê derxistin, bi awayekî simetrîk gola helandî vedişêre, ji bo kaynakirina bilez minasib e. Avantaja wê ew e ku pêvajo bilind e, lê herikîna gazê dikare bi fokuskirina lazerê re mudaxele bike. Mînakî, dema ku bayê hevaheng li ser pelê pola galvanîzekirî ya otomobîlan (1.2 mm) tê bikar anîn, leza kaynakirinê dikare bigihîje 40 mm/s, û rêjeya rijandinê ji 0.1 kêmtir e.
• Bafandina alî: Herikîna gazê ji aliyê hewza helandî tê, ku dikare ji bo rakirina rasterast a plazmayê an qirêjiyên binî were bikar anîn, ku ji bo kaynakirina penetrasyona kûr guncaw e. Mînakî, dema ku li ser pola Q345 ya 12 mm stûr bi goşeyek 30° tê bafandin, penetrasyona kaynakirinê %18 zêde dibe, û rêjeya porozîteya binî ji %4 dadikeve %0,8.
• Fêskirina kompozît: Bi hev re fêskirina koaksiyal û fîskirina alî, ew dikare di heman demê de oksîdasyon û destwerdana plazmayê tepeser bike. Mînakî, ji bo alloyek aluminiumê ya 6061 a 3 mm stûr bi sêwirana nozulek ducar, rêjeya porozîteyê ji %2,5 dadikeve %0,4, û hêza kişandinê digihîje %95ê materyalê bingehîn.
Bandora gaza parastinê li ser kalîteya weldingê bi bingehîn ji rêkxistina veguhestina enerjiyê, termodînamîka hewza helandî û reaksiyonên kîmyewî tê:
1. Veguhestina enerjiyê: Germahiya bilind a helyûmê sarbûna hewza heliyayî lez dike, firehiya herêma bandorkirî ya germê (HAZ) kêm dike; germahiya nizm a argonê dema hebûna hewza heliyayî dirêj dike, ku ev yek ji bo çêbûna rûyê plakayên tenik sûdmend e.
2. Aramiya hewza helandî: Herikîna gazê bi hêza birînê bandorê li herikîna hewza helandî dike, û rêjeya herikîna guncaw dikare şikestinê kêm bike; rêjeya herikîna zêde dê bibe sedema girjbûnê, ku dibe sedema kêmasiyên qayimkirinê.
3. Parastina kîmyewî: Gazên bêbandor oksîjenê vediqetînin û pêşî li oksîdasyona hêmanên alloy (wek Cr, Al) digirin; gazên çalak (wek N₂) taybetmendiyên qalibkirinê bi rêya xurtkirina çareseriya hişk an jî çêbûna tevlîhev diguherînin, lê divê konsantrasyon bi awayekî rast were kontrol kirin.
Dema weşandinê: Nîsan-09-2025
