Skip to main content
Photonweld, simply the best laser welding machine logo Photonweld, simply the best laser welding machine logo

Beschermgas bij laserlassen

Selecteren en leveren van beschermgas bij laserlassen

Bij laserlassen is beschermgas een cruciaal onderdeel dat wordt gebruikt om het lasgebied te beschermen tegen atmosferische verontreiniging. De laserstraal met hoge intensiteit die bij dit soort lassen wordt gebruikt, genereert een aanzienlijke hoeveelheid warmte, waardoor een gesmolten plas metaal ontstaat. Zonder dit beschermgas zou het hete metaal zeer reactief zijn met de zuurstof, stikstof en waterstof in de lucht, wat zou leiden tot een verscheidenheid aan lasfouten, zoals porositeit, oxidatie of een verzwakte lasverbinding.

Het beschermgas, vaak een inert gas of semi-inert gas, vormt een beschermende barrière rond het lasgebied, verdringt de omringende lucht en beschermt het smeltbad effectief tegen de atmosfeer totdat het gesmolten metaal is gestold. Dit voorkomt oxidatie en zorgt ervoor dat het gesmolten metaal schoon en vrij van onzuiverheden blijft.

  1. Bij laserlassen heeft het beschermgas, ook wel ‘afdekgas’ genoemd, vijf hoofdrollen:
  2. Bescherm het lasmetaal tegen reacties met de omgeving (bijvoorbeeld zuurstof, stikstof, waterstof)
  3. Beschermend gas kan de lens van de laserkop beschermen tegen metaaldampvervuiling en sputteren van vloeistofdruppels.
  4. Voorkom of minimaliseer de vorming van een plasma, of wolk van geïoniseerd gas, die zich boven de las kan vormen. Het plasma is ongewenst omdat het de gefocusseerde laserstraal gedeeltelijk kan blokkeren en/of vervormen. De metaaldamp absorbeert de laserstraal en ioniseert tot een plasmawolk. Als er te veel plasma is, wordt de laserstraal voor een deel door het plasma verbruikt. Het beschermgas kan metaaldamppluimen of plasmawolken verspreiden, het beschermende effect van de laser verminderen en de effectieve benuttingsgraad van de laser verhogen.
  5. Zorg voor een stabiel proces en een stabiel lasbad.
    Laat de lastoorts afkoelen en houd de toorts op een stabiele temperatuur


Over het algemeen kan het type beschermgas dat wordt gebruikt tijdens het laserlasproces met hoog vermogen een belangrijke rol spelen in het proces en de resulterende las beïnvloeden door invloed op de lassnelheid, microstructuur en vorm.

De meest gebruikte beschermgassen bij laserlassen zijn helium, argon en stikstof.

Welk beschermgas moet ik gebruiken bij laserlassen?

Heeft een laserlasapparaat hulpgas nodig?

Ja, Stikstof (N2), Argon (Ar) en Helium (He) zijn allemaal in orde. Maar voor materialen die gemakkelijk te oxideren zijn, is argon beter.

 

Het gas kan de lucht isoleren van de lasplaat om reactie met de lucht te voorkomen. Het lasoppervlak van de metalen plaat zal dus wit en mooi zijn. Het gas kan de lens ook beschermen tegen lasstof.

 

Om een eersteklas las te verkrijgen, is het absoluut noodzakelijk om een nauwkeurige lastemperatuur te handhaven en eventueel vocht en zuurstof in het pad van de laserstraal te verwijderen. Beschermend gas levert beide doelstellingen met nauwkeurigheid en betrouwbaarheid.

Type beschermgas

Veelgebruikte beschermgassen voor laserlassen zijn voornamelijk N2, Ar, He, en hun fysisch-chimieke eigenschappen zijn verschillend, dus het effect op de las is ook anders.

1. Stikstof N2 - een lasbeschermgas van roestvrij staal

De ionisatie-energie van N2 is gematigd, hoger dan die van Ar, lager dan die van He, en de mate van ionisatie staat over het algemeen onder invloed van laser, wat de vorming van plasmawolken beter kan verminderen, waardoor het effectieve gebruik van laser wordt vergroot. . Het stikstofproductgas is extreem droog, met atmosferische dauwpunten die doorgaans lager zijn dan -40°C

Beschermende lassen van aluminium en koolstofstaal: Stikstof kan bij een bepaalde temperatuur reageren met aluminiumlegeringen en koolstofstaal om nitriden te produceren, wat de brosheid van lassen zal verbeteren en de taaiheid zal verminderen, wat een groot negatief effect zal hebben op de mechanische eigenschappen van lasverbindingen . Het is daarom niet aan te raden om stikstof te gebruiken.

Beschermende roestvrijstalen lassen: het nitride dat wordt geproduceerd door de chemische reactie tussen stikstof en roestvrij staal kan de sterkte van de lasverbinding verbeteren en de mechanische eigenschappen van de las verbeteren. Daarom kan bij het lassen van roestvrij staal stikstof als beschermgas worden gebruikt

2. Argon Ar - hoge kostenprestaties, het meest conventionele beschermende gas

De ionisatie-energie van Ar is relatief laag en de ionisatiegraad is hoog onder invloed van laser, wat niet bevorderlijk is voor het beheersen van de vorming van plasmawolken, wat een zekere invloed zal hebben op het effectieve gebruik van laser, maar de activiteit van Ar is erg laag en het is moeilijk om met gewone metalen te chemicaliën. Argon is het meest gebruikte beschermgas bij laserlassen. De inerte aard en de hoge thermische geleidbaarheid maken het ideaal voor een breed scala aan toepassingen, waaronder austenitisch roestvast staal, koolstofstaal en titanium. De reactie en de kosten van Ar zijn niet hoog, bovendien is de dichtheid van Ar groter, wat gunstig is voor het zinken boven het smeltbad en het smeltbad beter kan beschermen. Argon is dus een ZEER conventioneel beschermgas.

3. Helium He - het beste maar ook het duurste beschermgas

Hij heeft de hoogste ionisatie-energie en lage ionisatie onder invloed van laser. Het kan de vorming van plasmawolken zeer goed controleren. De laser kan dus goed op metaal werken, de activiteit van He is erg laag en reageert niet chemisch met metaal. ZEER GOED lasbeschermingsgas, maar de kosten van He zijn te hoog en worden over het algemeen niet gebruikt in massaproductieproducten. Hij wordt doorgaans ingezet voor wetenschappelijk onderzoek of producten met een zeer hoge toegevoegde waarde.

Een ander gas dat is voorgesteld als alternatief voor deze inerte gassen is kooldioxide.

De voordelen van het gebruik van kooldioxide als beschermgas bij laserlassen zijn dat het minder kost dan helium en argon en dat het vrijwel dezelfde penetratie biedt als helium. Het grootste nadeel van het gebruik ervan als beschermgas voor zacht staal is dat het porositeit en andere lasdiscontinuïteiten kan veroorzaken.

4 Kooldioxide (CO2)

Kooldioxide wordt vaak gebruikt als beschermgas in CO2-lasers, maar kan ook worden gebruikt bij andere soorten laserlassen. Kooldioxide verbetert de lassnelheid, penetratie en mechanische eigenschappen. Het biedt een goede plasma-onderdrukking en helpt oxidatie tijdens het lasproces te voorkomen. CO2 wordt vaak gebruikt voor het lassen van dikkere materialen vanwege het hoge warmteoverdrachtsvermogen.

Delivering the shield gas

A second important consideration, after the choice of shield gas, is the means used to deliver the shield gas to the weld.

There are currently two main ways to blow-in protective gas:

  • It is the side-blow protection of the side shaft
  • It is coaxial protection (standard in our PhoyonWeld laser Welding Machines

Shield gas is typically directed centrally at the laser/material interface. A variety of methods, including coaxial nozzles, tubing, and the so-called ‘shoe’ may be used. The ‘shoe’ is particularly useful for metals, such as titanium, which must be shielded over a wider range of temperature as the weld cools.

The shielding gas blown in not only needs to protect the weld pool in a timely manner, but also needs to protect the just solidified area that has been welded. Therefore, side-shaft side blowing protection is generally used, because this method of protection is relatively The protection range of the coaxial protection method is wider, especially for the area where the weld has just solidified.

Sideshaft side blowing For engineering applications, not all products can be protected by sideshaft side blowing. For some specific products, only coaxial protection can be used. It needs to be targeted from the product structure and joint form. 

For whichever shielding gas type and delivery method used, too low gas flow will result in a heavy oxidized weld surface while too high gas flow causes excessive weld undercut and a disrupted weld bead. Shield gas delivered using an auxiliary tube design is typically aimed at the trailing portion of the weld (hot material).

In most cases, underbead (bottom surface) shielding is not required for welding at speeds greater than 1m/min. However, for stainless steels, nickel alloys, titanium alloys and aluminum alloys, underbead shielding is recommended to produce an acceptable appearance of the weld. For full penetration welds requiring protection of the bottom side of the weld, fixturing is often designed to incorporate a means of delivering the shield gas to the bottom side.

The table below provides a comparison of these and other shield gases used for laser welding

Shield Gas Plasma suppression Prevention against oxidation Relative cost Typical flow rates Weld profile Limitations
He Excellent Good High 20-40l/min Deepest penetration None
Ar Lower Excellent Medium 12-25l/min Wide Plasma cloud reduces power density
N2 (O2 free) Lower Good Low 15-25l/min Deepest penetration Embrittlement of certain alloys (ex Ti)
CO2 Lower Poor Lowest 20-45l/min Nominal No usefull for reactive materials
He+Ar (20/80%) Good Very Good Medium 20-35l/min Nominal None

Effects of The Shielding Gas

The shielding gas plays a very important role in the welding process. Let’s take a look at its impact on the laser welding process.

Positive Effects

The choice of shielding gas in laser welding plays a crucial role in determining the quality and properties of the weld. Different types of shielding gases can have various positive effects on the welding process.

  1. Penetration depth and bead shape: The composition of the shielding gas can influence how deeply the laser beam penetrates into the material and how the molten metal forms during solidification. By selecting an appropriate shielding gas, welders can achieve optimal results with laser welding machines and laser welding equipment, ensuring the desired penetration depth and bead shape for sheet metal.
  2. Protect the weld pool from atmospheric contamination: When a laser beam interacts with the material, it generates high temperatures that can cause oxidation or other reactions with elements present in the air. Shielding gases act as a barrier, preventing these unwanted interactions and ensuring a clean environment for welding.
  3. Reducing spatter: The ionization energy of different gases also affects their effectiveness as shielding agents. Gases with low ionization energy are more likely to ionize and form plasma when exposed to high-energy laser beams. This plasma helps maintain a stable arc during welding, improving control over heat input and reducing spatter.

Negative Effects

While there are numerous advantages to using shielding gases in laser welding, it’s essential to consider potential negative effects as well.

  1. Improper use of the protective gas may cause deformation. Excessive reliance on shielding gases may lead to surface defects if not used correctly or if inadequate protection is provided during welding. Welders need to carefully balance factors such as gas flow rate, nozzle design, and distance between the nozzle tip and workpiece surface to ensure proper coverage without causing issues like porosity or lack of fusion.
  2. Choosing the wrong type of blow can have adverse effects. It’s worth noting that different materials may react differently to specific types of shielding gases. For example, certain gases may be more suitable for welding stainless steel, while others are better suited for welding aluminum alloys or carbon steel. Welders must consider the material being welded and select a shielding gas that complements its properties to achieve optimal results with laser welding equipment.

​​​​​​​The role of shielding gas in laser welding

What shielding gas should I use for laser welding?

In laser welding, shielding gas will affect not only the weld formation, the weld quality, the weld depth, and the weld width, etc. In most cases, the blowing of the shielding gas will have a beneficial effect on the weld, but bad use may also bring adverse effects.

The positive effect of shielding gas on laser welding

  • Proper blowing of the shielding gas will effectively protect the weld pool from oxidation and even avoid oxidation;
  • Proper blowing of the shielding gas can effectively reduce the splash generated during the welding process and protect the focusing mirror;
  • Proper blowing of the shielding gas can promote the uniform spreading of the weld pool during solidification so that the weld is uniformly formed and beautiful;
  • Proper blowing of the shielding gas can effectively reduce metal vapor or the shielding effect of the plasma cloud on the laser so that the laser energy reaching the surface of the workpiece, and thereby increase the effective utilization rate of the laser;
  • Proper blowing of the shielding gas can effectively reduce weld porosity.

As long as the gas type, gas flow rate, and blowing method are correctly selected, the ideal effect can be obtained. However, improper use of shielding gas can also have adverse effects on welding.

Adverse effects of improper use of shielding gas on laser welding

  • Improper blowing of shielding gas may cause the weld to deteriorate;
  • Choosing the wrong type of gas may cause cracks in the weld, and may also lead to the reduction of weld mechanical properties;
  • Choosing the wrong type of gas may cause the weld to be more oxidized (whether the flow is too large or too small), or it may cause the weld pool metal to be seriously disturbed by the external force to cause the weld to collapse or form unevenly;
  • Choosing the wrong gas blowing method will result in the weld not achieving the protective effect or negatively affecting the weld formation;
  • Insufflation of the shielding gas will have a certain effect on the weld penetration, especially when the thin plate is welded, the weld penetration will be reduced.

Shield gas reaction with weld metal

Which gas does react with metals during laser welding?

Certain metals and alloys react with nitrogen in a way that changes the microstructure of the weld. For example, nitrogen reacts strongly with titanium to form titanium-nitride compounds that can make the laser weld brittle. For this reason, argon is the preferred shield gas for welding titanium-based alloys.

This is also the case for certain types of stainless steels. Nitrogen should not be used for welding austenitic stainless steels alloyed with titanium and niobium. Nitrogen forms nitrides with these elements, reducing the amount of free titanium and niobium available for preventing chromium carbide formation and sensitivity to intergranular corrosion.

For ferritic stainless steel, nitrogen shield gas has the same effect as carbon. Introduction of nitrogen into the material during welding of ferritic steels leads to an increased quantity of martensite in the weld metal. This, in turn, can make the weld more brittle and more susceptible to hydrogen embrittlement.

ARGON GAS FOR LASER WELDING

Lasermach Does recommend Argon gas for its laser welding machines

WHAT IS ARGON GAS?

Argon gas is a chemical element with Symbol Ar, and one of the noble gases. Argon is also the 3rd most abundant gas on earth. Argon is most commonly used as an inert shielding gas. Argon is Colorless, odorless, Non-Flammable, and Non-Toxic.

WHY DO LASER WELDING SYSTEMS USE ARGON?

Argon is used as a preferred shielding gas in Laser Welding Systems. During the welding, process metals are exposed to temperatures of upwards of 7000 Degrees. At these temperatures, all metals become liquid, which allows the formation of the weld. Argon is used to protect the molten pool of metal against elements in the Atmosphere including Oxygen, Nitrogen, and Hydrogen. These elements cause reactions with the molten liquid weld pool, such as porosity and increased weld spatter. Argon also plays an important role to have increased weld penetration, better filler wire transfer, and better weld appearance.

IS ARGON DANGEROUS?

Argon has safety concerns to be aware of, but for the most part is a very safe gas. It is non-toxic and non-flammable, therefore it is not poisonous, and it will not burn. Argon does come in a compressed tank, and proper safety protocol should be followed when working with compressed tanks. Argon is 38% denser than air so when working within confined areas ensure that you have proper air ventilation. The amount of Argon used in the laser welding is relative small and is of very little safety concern.

WHAT KIND OF ARGON GAS DO I GET?

We recommend using 99.996% pure Argon (Argon 4.6). This is one of the most commonly used welding gasses in the world. Every major gas supply company will carry this. It is the same as welding gas used in a traditional TIG welding Setup. Pure Argon refers to the gas being just Argon, and not mixed with another gas. Other shielding gasses such as CO2 and Argon CO2 mixes, do not work as well as pure argon. 

Ultra high purity or medical grade Argon is not required.