氣體激光焊接降低汽車制造成本(氦氣、氬氣)——氦保護氣體帶來最小的平均蒸汽粒子大小。這說明了對CO2或YAG激光焊接來說,純氦是控制粒子大小的最佳選擇。我們必須承認,氦氣與氬氣相比,確實有比較高的電離率和較低的等離子體形成電壓,但是它的分子重量較小。因此,氦保護氣需要較大的流速,以保證有效的將激光光束路徑上的金屬蒸汽排出。由于氦氣的單位成本高于氬氣,因此,這就增加了焊接過程中平均每英尺成本。
為了優化保護氣體以實現抑制等離子體,排出蒸汽粒子以及降低單位成本,我們考慮使用高達40-50%的氬氣混合氣體。比重越高,混合氣體所需要用來排出蒸汽粒子的流速就越小。混合氣體還在焊接池固化過程中提供了更長時間的惰性氣氛,從而使焊接速度更大。它還降低了捕獲氣體的量,從而減輕了由于多孔性而帶來的報廢率。其次,固化率的降低促進了晶粒的生長和內部應力的減輕,這就增加了疲勞強度。由于縱橫比(焊縫深度/寬度)較高和隨后的應力所產生的焊接裂縫都幾乎被清除了,這是因為GMAW填充金屬的加入導致了焊接面寬度增加。
在混合氣體中,適當的添加少量的二氧化碳和/或氧氣,或將它們作為GMAW過程的二次保護氣體,能夠進一步的提高焊珠的性能。氦-氬混合氣體易于產生更高的電弧電壓,相應的得到的焊珠外形更寬,電弧穩定性也更高。
因此,可以加入3-10%的二氧化碳來穩定傳遞和收縮電弧。在一些情況下,可以加入1-5%的氧氣來實現優質的電弧穩定性,同時在焊接邊緣實現更好的連接(浸濕)。與二氧化碳混合氣體相比,氧氣由于電離率較低,熱導率性能較高,易于提供寬而淺的穿透分布。
針對所需質量和生產率標準的混合氣體被最終確定以后,還需要考慮如何把它們經濟的運送到使用地點。用戶可以通過在生產現場混合這些保護氣體,利用低成本的液態氬供應方式。為什么不用支付預混高壓氦氣筒的價格來支付氬氣,二氧化碳或者氧氣呢?
氬氣可以通過液態氬瓶來經濟的運送,滿足高達35,000立方英尺的月消耗,該數量相當于每月的混合氣體用量為87,500立方英尺。氬氣的月消耗量更大的話可以使用批量供給來實現成本水平的優化。分析中還需要考慮到填充損耗,每月設備費,成批供給的合同限制,以及運費等等因素。
另一方面,氦氣一般是通過高壓TubeTrailer或者鋼瓶組來供給的。現場的混合需要一個混合系統,它能夠準確的調節從0-100%的微小成分。總的質量系統可以通過在混合器的出口放置一個分析儀來實現監控,一旦混合比超出誤差范圍,就會報警。已有軟件和報警系統可以將這種信息傳至桌面電腦,或者通過傳真或電子郵件送至更遠的地方。
合理設計的混合激光氣體傳送系統使用戶能夠實現更高的焊接速度,相應的得到更高的生產率。關注保護氣體的參數,如類型,流量,與沖擊角度,將提高焊接質量,降低光束吸收和散射效果。