Плазма против лазера

Технологии плазменной и лазерной сварки уже дос таточно долго и успешно применяются в стоматологии для соединения различных деталей. В последнее время в качестве альтернативы лазерной сварке была разработана «технология микроплазменной сварки». Согласно информации фирмы производителя, эта новая технология обеспечивает «прецизионную точечную сварку лазерного качества» («primotec»). Это утверждение стало основной причиной проведения материаловедческого исследования с целью сравнения качества новой технологии плазменной сварки и традиционной лазерной сварки.

Как и в более раннем исследовании, в данном случае для прямого сравнения качества сварки использовались шесть прямоугольных пластинок размером 15х10х1 миллиметр, изготовленных из необжигаемых сплавов с высоким и низким содержанием золота («Orplid EH» и «Cehadentor CF»), а также сплава, не содержащего благородных металлов («Remanium GM 900»). По две пластины из сплава, не содержащего благородных металлов, последовательно сваривались с пластинами, изготовленными из разных сплавов на основе благородных металлов, (так называемая «гибридная сварка») с использованием нового аппарата для микроплазменной сварки («primotec phaser mx1»). Одновременно с этим друг с другом сваривались по две пластины, изготовленные из одного и того же сплава (так называемая «гомогенная сварка»).

Исследование сварного шва

После изготовления макроскопических снимков сварных швов (рис. 1–4) перпендикулярно к зоне сварки проводился металлографический шлиф. На одной половине шлифа результаты сварки исследовались с помощью оптического микроскопа, вторая половина шлифа травилась «царской водкой» для вскрытия структуры сварного соединения. При анализе микроскопических снимков не травленных шлифов сразу бросает ся в глаза, что в зоне сварного соединения имеется щель, которая располагается преимущественно в центре зоны.

Это означает, что в этой области пластины свариваются не на всю глубину (рис. 5–7).

Помимо обычной оптической микроскопии, по одному образцу травленных шлифов «гомогенного» и «гибридного» сварного соединения исследовались с помощью растрового электронного микроскопа (рис. 8а и 8б). В обоих этих образцах отчетливо видна щель, расположенная в центре сварного шва, что свидетельствует о недостаточной глубине сварки. Точно такая же картина наблюдалась и при анализе образцов, сваренных лазером, который проводился в рамках предыдущего исследования (рис. 9).

Структура сварного соединения

Если более тщательно проанализировать шлифы образцов, протравленных «царской водкой», то в пограничной зоне между сплавом, не подвергавшемся термической обработке, и сварным конусом можно обнаружить области с двумя чрезвычайно разными структурами. В отличие от классической крупнозернистой структуры, характерной для литых деталей (рис. 10), в области плазменного сварного шва, вследствие чрезвычайно быстрого охлаждения, образуется мелкозернистая структура («микроструктура»). Такая структура отличается высокой твердостью, что приводит к повышению хрупкости материала в этой области.

Вихревые турбулентные потоки в расплаве

Кроме того, на металлографических поперечных шлифах гибридных сварных швов, протравленных «царской водкой», отчетливо видны вихревые турбулентные потоки, образующиеся в расплаве (рис. 11а). Аналогичные вихревые потоки образуются и при формировании лазерных гибридных сварных соединений (рис. 11б). Причиной их образования является высокая скорость подвода энергии, необходимой для гибридной сварки, поскольку интервал плавления неблагородных сплавов располагается значительно выше интервала плавления сплавав на основе благородных металлов.

Рентгеновские спектры

Помимо этого, при сравнении образцов плазменного и лазерного сварного соединения бросается в глаза чрезвычайно высокая схожесть их микроструктуры (рис. 12a и 12б). Для того чтобы определить, действительно ли при гибридной сварке в области сварного шва (зона соединения) образуется расплавленная смесь обоих сплавов, в рамках исследования были изготовлены дисперсионные рентгеновские спектры (EDX). Анализ спектров свидетельствует о смешивании расплавов, поскольку в зоне сварки находятся основные элементы обоих сплавов (рис. 13).

Особый интерес представляет вопрос, действительно ли при плазменной сварке химический элемент вольфрам проникает в сварное соединение из вольфрамового электрода. Для ответа на этот вопрос были изготовлены рентгеновские спектры, как за пределами (рис. 14а), так и внутри (рис. 14б) области сварного соединения. Результаты сравнения этих спектров показывают, что в области гомогенного сварного соединения двух пластин, изготовленных из сплава на основе благородных металлов, присутствует вольфрам, которого нет за пределами этой зоны (сравните рис. 14a и 14b). Это свидетельствует о том, что при сварке продукты обгорания вольфрамового электрода проникают в сварной шов.

Резюме

Материаловедческий анализ обеих технологий сварки показывает, что при соединении различных пар сплавов в обоих случаях образуется практически одинаковая металлографическая картина. Обе технологии дают один и тот же результат. Это означает, что рекламный слоган: «прецизионная точечная сварка лазерного качества» в точности соответствует действительности.

P.S. Алексей Шишикин, зубной техник, консультант фирмы «Риком»

В своей статье «Плазма против лазера» В. Линдеманн рассказал о положительных результатах, полученных при использовании фазера для соединения конструкций из разнородных сплавов. В нашей лаборатории мы используем аппарат фазер ec1 фирмы Primotec (рис. 15). Мой опыт, а также опыт моих коллег из других зуботехнических и литейных лабораторий показывает, что основное назначение фазера – исправление деформации металлического каркаса (баланса) после литья.

Кроме того, хочется отметить, что аппарат фазер ec1 значительно эргономичнее предшествующих моделей, а также их аналогов. И, что, на мой взгляд, самое важное, в 2/2,5 раза дешевле.

Статья предоставлена журналом