الدور الحاسم للأرجون في اللحام بالليزر

في عمليات إنتاج ومعالجة القطع بالليزر الليفي، يختلف اختيار الغازات المساعدة اختلافًا كبيرًا تبعًا للمادة. كما تتطلب سماكات القطع المختلفة ضغوطًا ومواصفات غازية مختلفة. من حيث التكلفة، يُعد الأكسجين (O₂) المستخدم في قطع الفولاذ الكربوني رخيصًا نسبيًا، بينما يُعد استهلاك النيتروجين (N₂) لقطع الفولاذ المقاوم للصدأ كبيرًا. وكلما زادت صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ، زاد حجم النيتروجين المطلوب ونقاوته، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف.

الغازات الأساسية المستخدمة في آلات القطع بالليزر:

1. غاز الليزر(الغاز المستخدم داخل رنان الليزر لتوليد شعاع الليزر.)

2. الهواء المضغوط (يستخدم عادة لحماية مسار الليزر؛ كما يستخدمه بعض المصنعين لتوليد غازات الحماية).

3. الغاز المساعد/غاز العملية (الغاز المنبعث من فوهة شعلة القطع).

الأكسجين في قطع الفولاذ الكربوني:

يُستخدم الأكسجين (بنقاوة تزيد عادةً عن 99.5%) في قطع الفولاذ الكربوني بالليزر. وتتمثل وظائفه الرئيسية في دعم عملية الاحتراق الطاردة للحرارة وإزالة الخبث المنصهر. يختلف الضغط المطلوب بين مصنعي قواطع الليزر، ويعتمد بشكل كبير على نوع/حجم الفوهة وسُمك المادة. يتراوح الضغط النموذجي بين 0.3 و0.8 ميجا باسكال، بينما يتراوح ضغط قسم الشعلة عادةً بين 0.02 و0.05 ميجا باسكال. تُعد معدلات التدفق مهمة؛ فعلى سبيل المثال، قد يتطلب قطع الفولاذ الكربوني بسُمك 22 مم ما يصل إلى 10 أمتار مكعبة من الأكسجين في الساعة (والذي يُستخدم أيضًا لحماية الشعلة ثنائية الطبقات).

النيتروجين في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ:

يُستخدم النيتروجين في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ لمنع الأكسدة وإزالة الخبث. ويتطلب ذلك نقاءً عالياً جداً (خاصةً للفولاذ المقاوم للصدأ الذي يزيد سمكه عن 8 مم، حيث يتطلب غالباً نقاءً لا يقل عن 99.999%) وضغطاً عالياً، عادةً ما يزيد عن 1 ميجا باسكال. أما بالنسبة للسماكات التي تتجاوز 12 مم أو تصل إلى 25 مم، فتزداد متطلبات الضغط إلى 2 ميجا باسكال أو أعلى. وتكون معدلات التدفق كبيرة وتختلف باختلاف نوع الشعلة؛ فعلى سبيل المثال، قد يتطلب قطع الفولاذ المقاوم للصدأ بسمك 12 مم حوالي 150 متر مكعب في الساعة، بينما قد يتطلب قطع الفولاذ بسمك 3 مم أقل من 50 متر مكعب في الساعة.

الأرجون في اللحام بالليزر:

يُستخدم غاز الأرجون في عمليات اللحام بالليزر. يُقذف عبر فوهة بضغط محدد على سطح قطعة العمل. قد يتساءل الكثيرون عن سبب استخدام الأرجون. هنا، يشرح الخبراء الفنيون في شركة شين يوجيا للغاز الأسباب الرئيسية لاستخدام الأرجون في اللحام بالليزر:

السبب الأول: يحمي عدسة التركيز من التلوث

يحمي غاز الأرجون عدسة التركيز في معدات اللحام بالليزر من التلوث الناتج عن أبخرة المعادن ورذاذ السائل.القطرات. وتُعد هذه الحماية بالغة الأهمية في اللحام عالي الطاقة، حيث تكون المقذوفات أكثر كثافة.

السبب الثاني: تشتيت فعال للحماية من البلازما في اللحام عالي الطاقة

يمتص بخار المعدن طاقة الليزر ويتأين مكونًا سحابة بلازما. ويمكن للأرجون المحيط، عند تسخينه، أن يتأين أيضًا. قد يؤدي وجود كمية زائدة من البلازما إلى امتصاص شعاع الليزر وتشتيته، مما يقلل من الطاقة الواصلة إلى قطعة العمل. تعمل هذه البلازما كمصدر طاقة ثانوي على السطح، مما قد يقلل من عمق اختراق اللحام ويوسع حوض اللحام. يزيد الأرجون، بفضل طاقة تأينه العالية، من معدل إعادة اتحاد الإلكترونات والأيونات من خلال التصادمات الثلاثية، وبالتالي يقلل من كثافة البلازما. يعزز وزنه الذري الخفيف زيادة تردد التصادمات وتسريع إعادة الاتحاد، دون أن يساهم بشكل كبير في تكوين البلازما نفسها.

السبب الثالث: يمنع أكسدة قطعة العمل أثناء اللحام

تتطلب عملية اللحام بالليزر عادةً استخدام غاز واقٍ. ويمنع ضبط العملية لاستخدام غاز الأرجون بالتزامن مع الليزر حدوث الأكسدة أثناء التشغيل المستمر. وبينما يحمي الغاز الخامل حوض اللحام المنصهر، وقد لا تتطلب بعض المواد استخدامه إذا لم تكن الأكسدة مصدر قلق، فإن غازات مثل الهيليوم أو الأرجون أو النيتروجين تُستخدم عادةً في معظم التطبيقات لضمان بقاء قطعة العمل خالية من الأكسدة أثناء اللحام.