Лазерный аппарат может стоить несколько миллионов рублей. Оператор обучен, режимы выставлены по таблицам, оптика чистая. И всё это бессмысленно, если защитный газ при лазерной сварке подобран неверно или подаётся неправильно. Поры, окисление, потеря коррозионной стойкости, цвета побежалости — прямые последствия ошибок именно в газовой защите.
На практике этот вопрос освещается поверхностно: «используйте аргон, расход 15 л/мин». Но выбор газа, его чистота, расход, конструкция сопла, защита корня шва — комплекс решений, от которого зависят прочность, внешний вид и долговечность сварного соединения. Ниже — полный разбор с таблицами, ориентировочными значениями и рекомендациями. Конкретные параметры всегда подбираются под оборудование, материал и требования к изделию.
Безопасность при работе с защитными газами
Прежде чем разбирать технологию, — о безопасности. Работа с защитными газами и лазерным оборудованием сопряжена с рисками, которые нельзя игнорировать.
Лазерное сварочное оборудование относится к классам высокой опасности. Работа ведётся в защитных кабинах или с ограждениями, исключающими воздействие прямого и отражённого луча. Персонал допускается после обучения и использует СИЗ для глаз, подобранные по длине волны и мощности лазера. Отражающие материалы (алюминий, медь, полированная нержавейка) повышают риск отражений — это учитывается при организации рабочего места.
Аргон и гелий — инертные газы без цвета и запаха. При утечке в замкнутом или плохо вентилируемом пространстве они вытесняют кислород, создавая угрозу удушья. При работах в нишах, камерах, ёмкостях обязателен контроль содержания кислорода в воздухе рабочей зоны.
Лазерная сварка сопровождается образованием аэрозолей и паров металла. Для материалов с токсичными компонентами (латунь — пары цинка, оцинкованная сталь, сплавы с марганцем и хромом) обязательна вытяжная вентиляция и применение средств защиты органов дыхания.
Баллоны хранятся вертикально, закреплёнными, вдали от источников тепла. Редукторы и арматура должны соответствовать типу газа. Все требования определяются регламентами охраны труда и промышленной безопасности предприятия.
Функции защитного газа — почему без него нельзя варить
Температура в зоне расплава при лазерной сварке очень высока — значительно выше температуры плавления обрабатываемых металлов. При таких температурах конструкционные металлы активно вступают в реакцию с компонентами атмосферного воздуха — кислородом, азотом, влагой. Задача защитного газа — максимально ограничить доступ воздуха к расплаву и горячему шву на участке остывания.
Защита от окисления
Кислород — главный враг. Оксидная плёнка на поверхности шва ухудшает механические свойства, снижает коррозионную стойкость (особенно критично для нержавейки), портит внешний вид. Для титана загрязнение кислородом при нагреве резко ухудшает пластичность и может сделать соединение непригодным для эксплуатации.
Защита от азотирования
Атмосферный азот при высоких температурах растворяется в расплавленном металле и может образовывать нитриды. Последствия зависят от материала:
- Титан — образуются хрупкие нитриды TiN, резко ухудшающие свойства соединения
- Алюминий — нитриды AlN формируют хрупкие включения
- Ферритные нержавеющие стали — нитриды хрома приводят к охрупчиванию и снижению коррозионной стойкости
- Дуплексные нержавеющие стали — чистый азот нарушает баланс фаз, однако контролируемые малые добавки N₂ к аргону (3–5 %) применяются для сохранения аустенитно-ферритного баланса
- Аустенитные нержавеющие стали (304, 316, 321) — исключение: азот стабилизирует аустенит и в контролируемых количествах может быть полезен
Защита от водорода и влаги
Источник водорода — влага в воздухе, на поверхности металла или в самом газе. Вода диссоциирует, водород растворяется в расплаве. Для алюминия это особенно критично: растворимость водорода в расплаве значительно выше, чем в твёрдом металле, поэтому при кристаллизации избыточный водород выделяется в виде пор. Отсюда требование: газ должен быть сухим, система подачи — герметичной.
Подавление плазменного облака (плюма)
При повышении мощности лазера и плотности энергии испарённый металл ионизируется, формируя плазменное облако — плюм. Плазма рассеивает и поглощает лазерный луч, снижая глубину проплавления и делая процесс нестабильным. Порог возникновения плюма зависит от типа лазера, режима, фокусировки и свариваемого материала.
Подача газа для защиты шва и для сдува плюма — разные задачи, которые нередко решаются разными соплами. Для защиты ванны обычно используют коаксиальную подачу, а для сдува плюма — боковой jet. Увеличение расхода через коаксиальное сопло не решает проблему плазмы и может ухудшить защиту из-за турбулентности.
Гелий эффективнее аргона для подавления плазмы за счёт более высокого потенциала ионизации — ему труднее перейти в плазменное состояние.
Формирование корня шва
При полном проплавлении обратная сторона шва нагрета и контактирует с воздухом. Без защиты корня шва при лазерной сварке неизбежны окисление, наплывы, потеря коррозионной стойкости. Поддувка газом с обратной стороны необходима для ответственных швов на нержавейке и титане — требования к защите корня определяются техническими условиями на изделие.
Аргон, азот, гелий, смеси — физические свойства и применимость
Критерии сравнения: инертность, плотность относительно воздуха, потенциал ионизации, теплопроводность, цена и доступность на российском рынке.
Аргон (Ar) — универсальный стандарт лазерной сварки
- Инертный, не вступает в реакции с металлами
- Тяжелее воздуха — хорошо «ложится» на зону сварки, формируя стабильное газовое покрытие
- Потенциал ионизации ниже, чем у гелия — умеренная эффективность подавления плазмы
Доступен повсеместно в баллонах (40 л, 150 атм) и моноблоках. Применим для углеродистой стали, нержавейки, алюминия, меди, титана — покрывает подавляющее большинство задач.
Ограничение: при высоких мощностях хуже подавляет плазму, чем гелий.
Требования к качеству газа задаются техпроцессом и зависят от свариваемого материала. Для большинства задач используется аргон высшей чистоты (по ГОСТ 10157 — уточняйте марку по действующей редакции стандарта). Для титана требования существенно выше, чем для сталей.
Помимо общей чистоты, критичны содержание кислорода и влаги (точка росы), а также чистота газовых магистралей — масло, вода и пыль в шлангах и соединениях могут свести на нет качество даже чистейшего газа из баллона. Для алюминия и титана рекомендуются осушители газа и регулярная проверка магистралей.
Азот (N₂) — допустим не для всех металлов
- Двухатомный газ, химически активен при высоких температурах
- Легче воздуха — менее стабильное газовое покрытие по сравнению с аргоном
- Потенциал ионизации ниже, чем у аргона — слабо подавляет плазму
Главное преимущество — цена: существенно дешевле аргона. Широко доступен, в том числе через генераторы азота.
Для аустенитных нержавеющих сталей (304, 304L, 316, 316L, 321) азот стабилизирует аустенит и может повышать коррозионную стойкость шва.
Для титана и алюминия азот как правило не применяется из-за образования хрупких нитридов. Для ферритных нержавеющих сталей — нежелателен по тем же причинам. Для дуплексных сталей чистый азот не используют, однако малые добавки к аргону (3–5 %) применяются целенаправленно. Допустимость азота всегда подтверждается испытаниями и требованиями к конкретному изделию.
Генераторы азота позволяют снизить затраты при больших объёмах потребления, но качество генераторного азота (содержание кислорода, влаги) необходимо контролировать — он не всегда эквивалентен баллонному газу высокой чистоты.
Гелий (He) — премиальная защита для сложных задач
- Инертный, не вступает в реакции с металлами
- Значительно легче воздуха — легко рассеивается, нужен повышенный расход
- Высокий потенциал ионизации — наиболее эффективен для подавления плазмы
- Высокая теплопроводность — влияет на теплоотвод из зоны сварки
Подходит для всех металлов. Улучшает качество шва на алюминии и меди. Обеспечивает стабильное глубокое проплавление на высоких мощностях за счёт эффективного подавления плазмы. При этом следует учитывать, что при чрезмерном расходе или неудачной схеме подачи высокая теплопроводность гелия может привести к избыточному охлаждению зоны сварки — режим подбирают по результатам пробных швов.
Ограничения: цена значительно выше, чем у аргона; расход больше из-за малой плотности. Доступность на российском рынке ограничена.
Область применения: высокие мощности, глубокое проплавление, ответственные швы на алюминии, лазерная сварка титана с газовой защитой, сварка меди.
Смеси газов — Ar+He, Ar+N₂
- Ar + He (50/50, 70/30, 30/70) — компромисс между стоимостью и эффективностью подавления плазмы при повышенных мощностях.
- Ar + N₂ (90/10, 95/5) — для аустенитных нержавеющих сталей: стабилизация аустенита, экономия.
- Ar + H₂ (95/5, 97/3) — специальная смесь для аустенитных сталей (восстановительная атмосфера).
Водородосодержащие смеси требуют отдельной оценки рисков — водород горюч и взрывоопасен. Применение допускается только по утверждённой технологии с соблюдением требований пожаровзрывобезопасности: вентиляция, контроль утечек, исключение источников воспламенения, специализированная газовая арматура с обратными клапанами. Кроме того, существует риск водородного охрупчивания для ряда материалов.
CO₂-содержащие смеси (чистый CO₂, Ar+CO₂) — в лазерной сварке применяются крайне ограниченно из-за окислительного действия. Для нержавейки, алюминия и титана не подходят.
Лазерная сварка без газа и сжатый воздух
Лазерная сварка без газа технически возможна — луч расплавит металл. Но шов будет сильнее окислен и, как правило, будет иметь заметно худшие механические и коррозионные свойства по сравнению со швом при нормальной газовой защите. Для ответственных изделий — недопустимо.
Сжатый воздух не является защитным газом: для нержавейки, алюминия и титана он приводит к выраженному окислению и нестабильному качеству, поэтому для изделий с требованиями к коррозионной стойкости и прочности его не применяют.
Сводная таблица свойств газов
| Параметр | Аргон (Ar) | Азот (N₂) | Гелий (He) |
|---|---|---|---|
| Тяжелее/легче воздуха | Тяжелее | Примерно равен | Значительно легче |
| Потенциал ионизации | Средний | Ниже среднего | Самый высокий |
| Теплопроводность (отн. Ar) | 1 | ~1,4 | Значительно выше |
| Инертность | Полная | Активен при нагреве | Полная |
| Подавление плазмы | Умеренное | Слабое | Максимальное |
| Относительная цена | Базовая | Существенно ниже | Значительно выше |
| Доступность в РФ | Широкая | Широкая | Ограниченная |
Правила подбора газа: матрица совместимости «газ — металл»
Выбор защитного газа для лазерной сварки в первую очередь определяется свариваемым металлом. Ниже — ориентировочные рекомендации. Окончательное решение принимается на основании требований к конкретному изделию и подтверждается пробными швами.
Рекомендации по металлам
Углеродистая сталь. Рекомендуемый газ — аргон. Азот нежелателен (риск старения и охрупчивания). Расход подбирается по типу сопла и скорости сварки. Защита корня — на толщинах с полным проплавлением.
Нержавеющая сталь аустенитная (304, 316, 321). Рекомендуемый — аргон. Допустимый — азот, Ar+N₂ (95/5), Ar+He. Какой газ для лазерной сварки нержавейки выбрать — зависит от требований к коррозионной стойкости. Защита корня шва аргоном необходима при сквозном проплавлении.
Ферритная нержавеющая сталь (430, 409). Рекомендуется аргон. Азот нежелателен — нитриды хрома приводят к охрупчиванию и снижению стойкости.
Дуплексная нержавеющая сталь (2205, 2507). Аргон или Ar+N₂ с малым содержанием азота (3–5 %) для сохранения баланса аустенитной и ферритной фаз. Чистый азот не применяют.
Алюминий и алюминиевые сплавы. Рекомендуемый — аргон высокой чистоты. Для глубокого проплавления — гелий для лазерной сварки или Ar+He. Защитный газ для лазерной сварки алюминия не должен содержать азот (нитриды AlN) и влагу (поры). Чистота газа и сухость магистралей критичны.
Медь и медные сплавы. Аргон или гелий. На латуни — повышенный расход для удаления паров цинка и обязательная вытяжная вентиляция.
Титан и титановые сплавы. Аргон высшей чистоты или гелий. Азот, CO₂, воздух не применяются. Лазерная сварка титана требует трёхсторонней газовой защиты: лицевая сторона + корень + шлейфовая защита до остывания шва ниже критической температуры окисления.
Сводная матрица совместимости
Оценки носят ориентировочный характер. Допустимость газа определяется требованиями к изделию, утверждённым техпроцессом и результатами испытаний.
| Металл | Ar | N₂ | He | Ar+He | Ar+N₂ | Воздух |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь | ✅ Рек. | ⚠ Нежел. | ✅ Доп. | ✅ Доп. | ⚠ Нежел. | ❌ Нежел. |
| Нержавейка аустенитная | ✅ Рек. | ✅ Доп. | ✅ Доп. | ✅ Доп. | ✅ Доп. | ❌ Не прим. |
| Нержавейка ферритная | ✅ Рек. | ❌ Не прим. | ✅ Доп. | ✅ Доп. | ❌ Не прим. | ❌ Не прим. |
| Нержавейка дуплексная | ✅ Рек. | ❌ Не прим. | ✅ Доп. | ✅ Доп. | ✅ Доп. (3–5 % N₂) | ❌ Не прим. |
| Алюминий | ✅ Рек. | ❌ Не прим. | ✅ Рек. | ✅ Рек. | ❌ Не прим. | ❌ Не прим. |
| Медь | ✅ Рек. | ✅ Доп. | ✅ Рек. | ✅ Доп. | ⚠ Нежел. | ❌ Не прим. |
| Титан | ✅ Рек. | ❌ Не прим. | ✅ Рек. | ✅ Рек. | ❌ Не прим. | ❌ Не прим. |
✅ — рекомендован, ✅ Доп. — допустим, ⚠ — нежелателен, ❌ — как правило не применяется
От чего зависит расход и как не переплачивать
Факторы, влияющие на расход
- Тип и диаметр сопла — чем больше выходное сечение, тем больше расход
- Скорость сварки — на высокой скорости газовое облако «вытягивается», нужен запас
- Вид газа — гелий требует повышенного расхода по сравнению с аргоном из-за малой плотности
- Положение шва — потолочная и вертикальная сварка требуют увеличения расхода
- Сквозняки — движение воздуха в цеху сносит газовую завесу; экраны или увеличенный расход обязательны
- Температура остывания — горячий шов продолжает окисляться, защита необходима до достаточного остывания
Ориентировочный расход по металлам и зонам защиты
Приведённые значения — ориентиры для начальной настройки. Фактический расход зависит от типа и диаметра сопла, расстояния до детали, скорости сварки, положения шва и наличия экранов. Оптимальные значения подбираются по результатам пробных швов и фиксируются в технологической карте.
| Металл | Лицевая, л/мин | Корень, л/мин | Шлейф, л/мин |
|---|---|---|---|
| Углеродистая сталь | 10–15 | 5–8 (при полном проплавлении) | — |
| Нержавейка аустенитная | 12–20 | 5–10 | 10–20 (желательно) |
| Алюминий | 15–25 | 8–12 | — |
| Титан | 15–20 | 8–12 | 15–30 (необходим) |
| Медь | 15–25 | 5–10 | — |
Признаки плохой и избыточной защиты
❌ Недостаточная защита
- Цвета побежалости на нержавейке (жёлтый → синий → чёрный)
- Пористость (визуальная или по рентгену)
- Чёрный налёт или рыхлая поверхность шва
- Нестабильный процесс, разбрызгивание
⚠ Избыточный расход
- Турбулентность — слишком большой поток создаёт завихрения и подсасывает воздух
- При чрезмерном расходе возможно избыточное охлаждение, особенно гелием
- Перерасход газа без улучшения качества
Увеличивать расход до исчезновения дефектов, затем добавить небольшой запас. Больше — не значит лучше.
Оценка стоимости газа на метр шва
Формула: Стоимость на 1 м шва = Расход (л/мин) × Время сварки 1 м (мин) × Цена газа (руб./л)
Пример для оценки масштаба: при сварке нержавейки 2 мм со скоростью 1 м/мин, расходе аргона 15 л/мин и ориентировочной цене аргона из баллона, стоимость газа на метр шва составит единицы рублей. Для гелия при аналогичных условиях — на порядок больше. Конкретные цены зависят от региона, поставщика и формы поставки.
При больших объёмах потребления переход с баллонов на моноблоки или криогенные ёмкости позволяет существенно снизить стоимость газа. Генератор азота при больших объёмах может окупиться за несколько месяцев — но требует контроля качества выходного газа.
Как доставить газ в зону сварки — сопла, системы подачи, настройка
Коаксиальное сопло
Стандартная конструкция: газ подаётся вокруг лазерного луча через кольцевое сопло для лазерной сварки. Защищает зону непосредственно под лучом. Ограничение: на высокой скорости шов «выходит» из-под защиты.
Боковое сопло (side jet)
Дополнительное сопло, установленное под углом к поверхности. Основное назначение — сдувание плазменного облака при повышенных мощностях. Это отдельная задача от защиты шва: увеличение коаксиального расхода не заменяет бокового jet для подавления плюма. Угол установки и расход подбираются по рекомендациям производителя сварочной головки.
Шлейфовое сопло (trailing shield)
Шлейфовая защита при лазерной сварке остывающего шва за точкой сварки. Критично для титана (защита ведётся до достаточного остывания), на нержавейке позволяет получить серебристый шов без последующей зачистки. Конструкции: камерные, диффузорные, с ламинаризатором. Длина зоны защиты зависит от скорости сварки и материала.
Защита корня шва (backing gas)
Поддувка с обратной стороны. Организуется через канавку в подкладке, керамические подкладки с газовым каналом, герметизацию алюминиевым скотчем, заполнение внутренней полости трубы. Время продувки определяется объёмом полости и расходом газа: цель — снизить содержание кислорода до уровня, заданного техпроцессом (для титана требования наиболее жёсткие). Для контроля рекомендуется кислородный анализатор.
Газовая линза для лазерной сварки
Сетчатая вставка в сопло, преобразующая турбулентный поток в ламинарный. Ламинарный поток равномерно «укрывает» зону сварки без подмешивания воздуха. Рекомендуется для нержавейки, титана и при повышенном расходе — позволяет улучшить качество защиты при том же или даже меньшем расходе газа.
Оборудование подачи
Редуктор с ротаметром — обязателен. Шланги — чистые, без масла, герметичные, минимальной длины. Для алюминия и титана — осушители газа.
При работе в замкнутых объёмах (сварка внутри ёмкостей, защита корня в трубах) обеспечьте вентиляцию и контроль содержания кислорода в воздухе рабочей зоны — инертные газы вытесняют O₂ без запаха и предупреждающих признаков.
Цвета побежалости — что они значат и когда это брак
Тонкая оксидная плёнка на поверхности остывающего шва создаёт интерференционную окраску. Толщина плёнки пропорциональна степени окисления. Чем хуже газовая защита — толще оксид — темнее цвет.
Цвет побежалости — визуальный индикатор степени окисления, но критерии приёмки «допустимо/брак» и необходимость дополнительной обработки (пассивация, зачистка) определяются требованиями к конкретному изделию (ТУ, стандарт, спецификация заказчика). Количественная связь между цветом и потерей свойств зависит от марки стали, среды эксплуатации и других факторов.
Шкала цветов на нержавеющей стали
| Цвет шва | Качество защиты | Тенденция | Типичная допустимость |
|---|---|---|---|
| Серебристый | Отличная | Минимальное окисление | Пищевое, фармацевтическое оборудование |
| Светло-соломенный / золотистый | Хорошая | Незначительное окисление | Большинство применений |
| Тёмно-соломенный / коричневый | Умеренная | Заметное окисление | Общепромышленные конструкции |
| Фиолетовый / синий | Плохая | Существенное окисление, обеднение хромом | Часто требуется пассивация или зачистка |
| Тёмно-синий / чёрный | Очень плохая | Сильное окисление | Как правило — брак для ответственных конструкций |
Чем темнее цвет, тем больше поверхностный слой обеднён хромом и тем сильнее снижена коррозионная стойкость.
Цвета побежалости при лазерной сварке нержавейки — прямой индикатор для оператора. Если шов ушёл в синеву — увеличить расход, проверить герметичность, добавить шлейфовую защиту, проверить чистоту газа и состояние магистралей.
Шкала цветов на титане
- Серебристый — отличная защита
- Светло-золотистый — незначительное окисление, часто допустимо
- Тёмно-золотистый / коричневый — ограниченно допустимо (решение по стандарту/ТУ)
- Синий / фиолетовый — как правило, брак (проверяйте по нормам, применяемым к вашему изделию)
- Серый / белый / рыхлый — грубый брак, соединение подлежит удалению и переварке
Для углеродистой стали цвет менее критичен, но чрезмерное окисление ухудшает адгезию лакокрасочных покрытий и может снижать усталостную прочность.
Газ определяет коррозионную стойкость нержавейки после сварки
Пассивная плёнка Cr₂O₃ обеспечивает коррозионную стойкость нержавеющей стали. При сварке без адекватной защиты вместо неё формируются оксиды железа, а поверхностный слой обедняется хромом. Цвета побежалости — визуальный индикатор степени этого обеднения.
Общая закономерность: серебристый шов сохраняет коррозионную стойкость, близкую к основному металлу, тогда как тёмные цвета (синий, чёрный) указывают на значительное ухудшение стойкости. Конкретные потери зависят от марки стали, среды эксплуатации и конструкции изделия. Для пищевого и фармацевтического оборудования, как правило, допускается только серебристый или светло-соломенный шов.
Роль азота в повышении коррозионной стойкости
Аргон или азот для лазерной сварки аустенитной нержавейки — вопрос не только экономии. Азот повышает PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) шва — показатель стойкости к питтинговой коррозии, в расчёте которого учитываются содержания хрома, молибдена и азота. Добавка небольшого количества азота в аргон увеличивает содержание азота в металле шва и, соответственно, PREN.
Пассивация шва нержавейки
Даже при качественной газовой защите для ответственных изделий рекомендуется пассивация шва нержавейки — химическая обработка растворами на основе азотной или лимонной кислоты, электрохимическая пассивация или лазерная чистка. Это восстанавливает защитную плёнку Cr₂O₃ и повышает стойкость шва. Методы и требования к пассивации определяются действующими стандартами и ТУ на изделие.
Для электрохимической очистки и пассивации сварных швов на нержавейке используются специализированные аппараты для очистки швов. Они позволяют восстановить коррозионную стойкость без механической обработки.
Пошаговая инструкция — от подключения баллона до идеального шва
- Выбрать газ по матрице совместимости (таблица выше) с учётом требований к изделию
- Проверить чистоту газа — сертификат поставщика, маркировка баллона
- Подключить редуктор с ротаметром, проверить герметичность всех соединений (мыльный раствор или течеискатель)
- Установить начальный расход по таблице ориентировочных значений
- Продуть систему перед сваркой — время продувки зависит от объёма шлангов и расхода; цель — полностью вытеснить воздух из магистралей
- Выполнить тестовый шов, оценить цвет
- Скорректировать расход до достижения серебристого / светло-соломенного цвета
- При сквозном проплавлении — организовать защиту корня, продуть полость до стабильного уровня кислорода (контроль анализатором)
- При сварке титана — установить шлейфовую защиту, контролировать анализатором кислорода
- Обеспечить послесварочную продувку (post-gas) — после выключения лазера металл ещё горячий, газовая защита нужна до достаточного остывания
- Зафиксировать параметры в технологической карте для воспроизводимости
Стоимость газа в структуре себестоимости лазерной сварки
Доля газа в стоимости погонного метра шва при работе аргоном обычно невелика. При использовании гелия затраты на газ возрастают многократно и могут составлять заметную часть себестоимости.
Замена аргона на азот при сварке аустенитной нержавейки (304, 316, 321) — экономия на газе при сопоставимом качестве, подтверждённом испытаниями.
Дешёвый газ низкой чистоты или экономия на расходе → дефекты → переделка → прямые убытки. Стоимость переварки одного метра шва может многократно превысить «сэкономленное» на газе.
Способы снижения затрат без потери качества
- Переход с баллонов на моноблоки или рампы при значительном расходе
- Криогенные ёмкости при больших объёмах потребления
- Генератор азота для аустенитных нержавеек (с контролем качества газа на выходе)
- Газовые линзы и экраны — позволяют улучшить качество защиты при меньшем расходе
10 ошибок, которые сводят на нет качество лазерной сварки
Газ недостаточной чистоты
При температурах сварочной ванны даже малое содержание примесей (кислород, влага) критически влияет на качество шва. Требования к чистоте определяются техпроцессом.
Негерметичные соединения
Подсос воздуха через фитинги и шланги — частая и неочевидная проблема.
Грязные или масляные шланги
Углеводороды разлагаются, загрязняя зону сварки.
Отсутствие предварительной продувки
Пока воздух из шлангов не вытеснен — защита не работает.
Избыточный расход → турбулентность
Парадоксально, но «больше газа» ≠ «лучше защита». Турбулентный поток подсасывает воздух.
Отсутствие защиты корня
На сквозных швах нержавейки и титана без поддувки корень окисляется, теряется стойкость.
Сквозняки в зоне сварки
Даже лёгкое движение воздуха сдувает газовую завесу.
Неправильный газ для данного металла
Азот на титане или алюминии — гарантированный дефект.
Обмерзание редуктора
При интенсивном отборе газа из баллона температура падает, редуктор обмерзает, расход снижается непредсказуемо.
Отсутствие послесварочной продувки (post-gas)
После выключения лазера металл ещё горячий — защита нужна до достаточного остывания.
Газовая защита — самый недооценённый фактор качества
Защитный газ — не расходник, а ключевой технологический параметр. Правильный выбор газа, его чистоты, расхода и способа подачи может превратить посредственный шов в идеальный без изменения мощности, скорости или фокусировки.
Экономия на газе — самая дорогая экономия в лазерной сварке. Стоимость газа на метр шва измеряется рублями. Стоимость переделки, брака, рекламации — тысячами и десятками тысяч.
Нужна помощь с подбором газового оборудования?
Редукторы, ротаметры, сопла, газовые линзы, системы защиты корня — подберём из наличия или предложим аналог. Доставка в любой регион России. Работаем по безналу, с НДС, по договору. Доступны лизинг и отсрочка платежа.
Часто задаваемые вопросы
Для большинства металлов (сталь, алюминий, медь, титан) — аргон. Азот допустим для аустенитных нержавеющих сталей (304, 316, 321), где он стабилизирует аустенит и может повышать коррозионную стойкость. Для титана, алюминия, ферритных сталей азот как правило не применяется. Допустимость всегда подтверждается техпроцессом и испытаниями.
Луч расплавит металл и без газа, но шов будет окислен, с повышенной пористостью и ухудшенными механическими и коррозионными свойствами. Для ответственных изделий — недопустимо.
Ориентировочный расход — 10–20 л/мин для лицевой стороны. Для защиты корня — дополнительно 5–10 л/мин. Для титана — ещё 15–30 л/мин на шлейфовую защиту. Фактические значения зависят от сопла, скорости сварки и условий в цеху — подбираются по пробным швам.
Синий цвет — признак образования относительно толстой оксидной плёнки из-за недостаточной газовой защиты. Поверхностный слой обедняется хромом, коррозионная стойкость снижается. Решение: увеличить расход газа, проверить герметичность, добавить шлейфовую защиту, проверить чистоту газа и состояние магистралей.
При полном проплавлении обратная сторона нагрета и контактирует с воздухом. Без поддувки корень окисляется, образуются наплывы, теряется коррозионная стойкость. Для нержавейки и титана защита корня при сквозном проплавлении необходима.
Требования к чистоте задаются техпроцессом и зависят от свариваемого материала. Для большинства задач используется аргон высшей чистоты по ГОСТ 10157. Для титана требования наиболее жёсткие. Помимо общей чистоты, критичны содержание кислорода и влаги, а также чистота всей газовой линии.
Газовая линза — сетчатая вставка в сопло, превращающая турбулентный поток в ламинарный. Ламинарный поток лучше защищает зону сварки, не подсасывая воздух. Рекомендуется для нержавейки, титана и при высоком расходе газа — позволяет улучшить качество защиты и часто снизить расход.
Да. Серебристый шов на нержавейке сохраняет стойкость, близкую к основному металлу. Чем темнее цвет, тем сильнее обеднение хромом и тем больше потеря коррозионной стойкости. Для пищевого и фармацевтического оборудования, как правило, допускается только серебристый или светло-соломенный шов. Количественная оценка потерь зависит от марки стали и условий эксплуатации.
Как правило — нет. Азот образует нитриды алюминия (AlN) — твёрдые хрупкие включения, ухудшающие свойства шва. Для алюминия применяют инертные газы: аргон или гелий.
Не всегда обязательна, но крайне желательна для получения серебристого шва без последующей зачистки. Без неё остывающий шов окисляется — появляются соломенные и синие оттенки. Для пищевого и медицинского оборудования — рекомендуется.
