激光焊接保護氣體
一、激光焊接時為什么需要保護氣體：
1、可保護聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射，保護氣體可以保護激光焊接機聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射，特別在高功率焊接時，由于其噴出物變得非常有力，此時保護透鏡則更為必要。
2、保護氣體對驅散高功率激光焊接產(chǎn)生的等離子屏蔽很顯效，金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云，金屬蒸氣周圍的保護氣體也會因受熱而電離。如果等離子體存在過多，激光束在某種程度上被等離子體消耗。等離子體作為第二種能量存在于工作表面，使得熔深變淺、焊接熔池表面變寬。通過增加電子與離子和中性原子三體碰撞來增加電子的復合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，碰撞頻率越高，復合速率越高；另一方面，只有電離能高的保護氣體，才不致因氣體本身的電離而增加電子密度。
3、保護氣體可使工件在焊接過程中免受氧化，激光焊接機必須使用一種氣體進行保護，而且程序要設定成先出保護氣體再出激光的方式，防止在連續(xù)加工時，脈沖激光出現(xiàn)氧化的現(xiàn)象。
二、保護氣體的作用
在激光焊接中，保護氣體會影響焊縫成型、焊縫質量、焊縫熔深及熔寬，極大多數(shù)情況下，吹入保護氣體會對焊縫產(chǎn)生積極的影響作用，但是也可能會帶來不利的作用。
積極作用
1、正確的吹入保護氣體會有效保護焊縫熔池減少甚至避免被氧化；
2、正確的吹入保護氣體可以有效減小焊接過程中產(chǎn)生的飛濺；
3、正確的吹入保護氣體可以促使焊縫熔池凝固時均勻鋪展，使得焊縫成型均勻美觀；
4、正確的吹入保護氣體可以有效減小金屬蒸汽羽或者等離子云對激光的屏蔽作用，增大激光的有效利用率；
5、正確的吹入保護氣體可以有效減少焊縫氣孔。
6、只要氣體種類、氣體流量、吹入方式選擇正確，完全可以獲得理想的效果。但是，不正確的保護氣體使用方式也會給焊接帶來不利的影響。
不利影響
1、不正確的吹入保護氣體可能會導致焊縫變差；
2、選擇錯誤的氣體種類可能會導致焊縫產(chǎn)生裂紋，也可能會導致焊縫力學性能降低；
3、選擇錯誤的氣體吹入流量可能會導致焊縫氧化更嚴重（無論是流量過大還是過?。?，也可能導致焊縫熔池金屬被外力干擾嚴重造成焊縫塌陷或者成型不均勻；
4、選擇錯誤的氣體吹入方式會導致焊縫達不到保護效果甚至基本無保護效果或者對焊縫成型產(chǎn)生消極影響；
5、吹入保護氣體會對焊縫熔深產(chǎn)生一定影響，尤其的是薄板焊接時，會減小焊縫熔深。
三、保護氣體的種類
常用的激光焊接保護氣體主要有N2（氮氣）、Ar（氬氣）、He（氦氣），其物化性質各有差異，也因此對焊縫的作用效果也各不相同。
1、N2的電離能適中，比Ar的高，比He的低，在激光作用下電離程度一般，可以較好的減小等離子體云的形成，從而增大激光的有效利用率。氮在一定溫度下可以與鋁合金、碳鋼發(fā)生化學反應，產(chǎn)生氮化物，會提高焊縫脆性，韌性降低，對焊縫接頭的力學性能會產(chǎn)生較大的不利影響，所以不建議使用氮氣對鋁合金和碳鋼焊縫進行保護。而氮與不銹鋼發(fā)生化學反應產(chǎn)生的氮化物可以提高焊縫接頭的強度，會有利于焊縫的力學性能提高，所以在焊接不銹鋼時可以使用氮氣作為保護氣體。
2、Ar的電離能相對**，在激光作用下電離程度較高，不利于控制等離子體云的形成，會對激光的有效利用率產(chǎn)生一定的影響，但是Ar活性非常低，很難與常見金屬發(fā)生化學反應，而且Ar成本不高，除此之外，Ar的密度較大，有利于下沉至焊縫熔池上方，可以更好的保護焊縫熔池，因此可以作為常規(guī)保護氣體使用。
3、He的電離能**，在激光作用下電離程度很低，可以很好的控制等離子體云的形成，激光可以很好的作用于金屬，而且He活性非常低，基本不與金屬發(fā)生化學反應，是很好的焊縫保護氣體，但是He的成本太高，一般大批量生產(chǎn)型產(chǎn)品不會使用該氣體，He一般用于科學研究或者附加值非常高的產(chǎn)品。
四.保護氣體的吹入方式、選擇原則以及舉例說明
1、保護氣體的吹入方式目前主要有兩種：一種是旁軸側吹保護氣體，如圖1所示；另一種是同軸保護氣體，如圖2所示。
2、吹入方式選擇原則首先需要明確的是，所謂的焊縫被“氧化”僅是一種俗稱，理論上是指焊縫與空氣中有害成分發(fā)生化學反應導致焊縫質量變差，常見是焊縫金屬在一定溫度下與空氣中的氧、氮、氫等發(fā)生化學反應。防止焊縫被“氧化”就是減少或者避免這類有害成分與高溫狀態(tài)下的焊縫金屬接觸，這種高溫狀態(tài)不僅僅是熔化的熔池金屬，而是從焊縫金屬被熔化時一直到熔池金屬凝固并且其溫度降低至一定溫度以下整個時間段過程。
3、舉例：比如說鈦合金焊接，當溫度在300℃以上時能快速吸氫，450℃以上時能快速吸氧，600℃以上時能快速吸氮，所以鈦合金焊縫在凝固后并且溫度降低至300℃以下這個階段內均需受到有效的保護效果，否則就會被“氧化”。
4、從上述描述不難明白，吹入的保護氣體不僅僅需要適時對焊縫熔池進行保護，還需要對已經(jīng)焊接過的剛剛凝固的區(qū)域進行保護，所以一般均采用圖1所示的旁軸側吹保護氣體，因為這種方式的保護方式相對于圖2中的同軸保護方式的保護范圍更廣泛，尤其是對焊縫剛剛凝固的區(qū)域有較好的保護。
5、旁軸側吹對于工程應用來說，不是所有的產(chǎn)品都能夠采用旁軸側吹保護氣體的方式，對于某些具體的產(chǎn)品，只能采用同軸保護氣體，具體需要從產(chǎn)品結構以及接頭形式進行有針對性的選擇。
五、保護氣體的選擇及成本
1、空氣成分按體積分數(shù)計算是：氮氣(N2)約占78.1%，氧氣(O2)約占20.9%，稀有氣體約占0.939%(氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)約占0.031%，還有其他氣體和雜質約占0.03%，如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸氣（H2O）等。
2、空氣中含N2（氮氣）成份**，并且通過技術方法提高含氮純度也是最有效的解決方案。
六、制氮流程
1、潔凈的壓縮空氣從制氮機入口進入制氮機，由進氣閥導入左側或者右側一排吸附系統(tǒng)。
2、通過進氣閥，壓縮空氣進入一側分氣缸蓋中。
3、壓縮空氣穿過碳分子篩時，氧氣和其他微量氣體優(yōu)先被吸附，氮氣則直接通過。
4、氮氣隨后通過吸附筒內部的集成過濾層進入出口分氣缸蓋，然后從排氣閥排出。
5、氮氣持續(xù)進入緩沖罐和緩沖罐過濾器，然后返回制氨機進行純度檢測，流量和純度調節(jié)。
七、制氮所需設備
1、空壓機；2、濕儲氣罐；3、預過濾（氣水分離器）；4、預過濾（1微米&0.01微米）；5、吸附式干燥器；6、除塵過濾器（1微米）；7、緩沖罐；8、閥門；9、制氮機；10、除塵過濾器（1微米）；11、氮氣出口
八、案例圖示
