Лазерно заваряванеизкривяването е често срещан проблем, когато се използва изключително висока топлина за стопяване на метал. Научете как да минимизирате изкривяването на заваръчния шев и съвети как да го коригирате, когато се случи.
Лазерно заваряванее мощна технология, която използва топлината, генерирана от лазерна технология, за сливане на два материала (като стоманени плочи). Заваряването е изправено пред предизвикателството на изкривяването на заваръчния шев поради естествената реакция на металите към екстремна топлина. Това е деформация, която компрометира целостта на разтопения метал. За щастие има начини за минимизиране на изкривяването чрез въвеждане на параметри на процеса на заваряване.
В тази статия ще се съсредоточим върху това какво представлява изкривяването при заваряване, какво го причинява и как да минимизираме ефекта му. Ще намерите и ефективни съвети, които да ви помогнат да се справите с ефектите от изкривяването при заваряване.
Какво елазерно заваряванедеформация?
Деформацията на заваръчния шев или деформацията включва промени във формата и размера на металната структура. Това е естествен ефект от заваряването. Когато металите салазерно заварени, те са изложени на изключително висока топлина, която ги кара да се стопят. Това води до разширяване на материала.
Когато разтопеният метал се охлади до стайна температура, той се втвърдява и започва да се свива. Това е остатъчен стрес. Ако нагряването е локализирано и останалата част от металната повърхност не се нагрява, тя няма да се разширява или свива по същия начин. Това причинява изкривяване.
Материали, които лесно се деформират след заваряване
За да определите защо даден материал е податлив на изкривяване при заваряване, трябва да разберете свойствата, които влияят на изкривяването. Някои материали са по-податливи на деформация поради физическите и механичните свойства.
1. Физичните свойства са мерки за топлинно разширение и топлопроводимост.
Топлинното разширение е движението на метала, тъй като той се разширява при нагряване и се свива при охлаждане. Ако има висок коефициент, материалът се разширява и свива по-лесно – така че ще се усуква повече.
Топлопроводимостта, от друга страна, измерва потока на топлина по протежение на материала. Високата топлопроводимост разсейва топлината по-бързо. Тъй като наличието на топлина може да накара материалите лесно да се деформират, ниската проводимост увеличава вероятността от деформация по време на заваряване.
2. По отношение на механичните свойства трябва да се вземат предвид два фактора, граница на провлачване и модул на еластичност.
Граница на провлачване се отнася до това колко натиск може да издържи даден материал в отговор на външни сили. Поради това материалите с по-висока граница на провлачване имат по-високи остатъчни напрежения и по този начин се деформират по-лесно.
Модулът на еластичност се отнася до способността на материала да се разширява и свива. По-високият модул на еластичност означава, че материалът има по-голяма способност да устои на деформация.
Като вземете предвид тези свойства, можете да приемете, че ако даден материал има по-висок коефициент на топлинно разширение, по-ниска топлопроводимост, по-висока граница на провлачване и по-нисък модул на еластичност
Материали, които лесно се деформират след заваряване
Сравнявайки неръждаема стомана с въглеродна стомана, можете да предположите, че първата е по-податлива на деформация, тъй като има по-висока граница на провлачване и коефициент на топлинно разширение, както и по-ниска топлопроводимост.
Измежду алуминия и медта, първият е склонен към деформация, тъй като има по-висок коефициент на топлинно разширение на границата на провлачване и по-ниска топлопроводимост.
Видове и причини залазерно заваряванедеформация
Проведени са няколко проучвания за идентифициране на истинските причини за деформация след процеса на лазерно заваряване. Според проучване, 3 фактора значително влияят върху ефективността на лазерното заваряване: материал, процес и геометрия.
например,лазерно заваряванедеформира, тъй като параметрите на заваряване се прилагат върху металната повърхност по различни начини. Скоростта на заваряване, токът, ъгълът и т.н. ще бъдат концентрирани върху заваряваните части. При отдалечаване от зоната на заваряване, топлината постепенно намалява и топлинните ефекти като разширяването на метала също намаляват.
Следователно може безопасно да се предположи, че разширението ще варира в зависимост от интензивността на топлината, получена от метала. В дадения пример заварената част се разширява най-много, защото получава най-много топлина от лазерния източник.
Когато процесът на заваряване приключи, металът ще започне да се охлажда и свива. Металът ще продължи да се свива със същото количество, както се разширява. Това се нарича остатъчно напрежение.
Ако напрежението е по-голямо от границата на провлачване на основния материал, могат да възникнат два вида напрежение.
Напрежението на натиск възниква в областта около ръба на основния метал.
Напрежение на опън Това се случва, когато свиването на нагрят метал се съпротивлява от останалата част от повърхността на метала (ненагрятата повърхност).
За да разберете по-добре това, най-добре е да разгледате различните начини, по които може да възникне деформация, когато заваряването приключи.
1. Надлъжна деформация
Както подсказва името, тази деформация възниква по дължината на заварения материал. Докато се охлажда, заваръчният шев и зоната около него се свиват. В резултат на това детайлът ще стане по-къс. Това кара външните ръбове да изглеждат по-дълги, а средната част да изглежда дъговидна.
Особено ако детайлът не е фиксиран правилно, деформацията ще бъде максимална.
2. Странично изкривяване
Този тип изкривяване възниква, когато краищата на метала се изтеглят един към друг. Тази деформация се причинява от свиване, надвишаващо разширението, което първоначално се е случило по време на лазерно заваряване.
3. Ъглово изкривяване
Изкривяване на ъгъла възниква, когато ъгълът на металната плоча се промени поради свиване след завършване на заваръчната задача. Ръбовете на ламарината се изтеглят един към друг от едната страна, което кара материала да изглежда извит.
Ако заваръчният шев свързва метал под вертикален ъгъл, вертикалният метал няма да изглежда прав, а по-скоро извит.
4. Сложно изкривяване
Този тип е комбинация от обратите, обсъдени по-рано. Изглежда, че се изкривява, огъва или изкривява. Това са различни видове огъвания и деформации, които могат да нарушат целостта на заварения материал. Без значение колко здрав е металът, ако лазерното заваряване го деформира, заваръчният шев ще се провали.
10 начина за минимизиране на изкривяването на заваръчния шев
Докато изкривяването е неизбежно, това не означава, че не можете да направите нищо, за да го сведете до минимум. Точно както има различни видове деформация, има и различни начини за предотвратяване на деформация на неръждаема стомана и други метали. Това няма нищо общо със здравината на избраната стомана. По-важното е какво правите преди, по време и след заваръчната задача.
Ето 10 различни идеи за заваряване, които можете да използвате.
1. Избягвайте прекомерното заваряване
Заваряването на големи площи увеличава свиването, което се получава. Ето защо трябва да планирате своя процес на лазерно заваряване, особено когато трябва да работите върху огромни повърхности. Регулирането на размерите на повърхността минимизира изкривяването при заваряване и остатъчните напрежения, като по този начин се избягва загубата на метал и време.
2. Използвайте периодично заваряване
Това е техника, която оставя пространство между заваръчните шевове. Вместо непрекъсната заварка, ще заварите един инч и след това ще оставите място за незаварения метал, преди да направите друга заварка. Това може ефективно да намали деформацията след приключване на заваряването.
3. Намалете броя на трансферите
Друг начин да се избегне изкривяването е да се ограничи броят на проходите в процеса на заваряване. Уверете се, че един път е достатъчен, за да избегнете деформация. Можете да опитате да извършите един голям заваръчен проход вместо няколко малки заваръчни прохода. Според TWI по-голяма единична заварка произвежда по-малко ъглова деформация от заварка, образувана от множество малки проходи
4. Обмислете мястото на заваряване
Местоположението на заварката също е важно. В идеалния случай трябва да поставите заваръчния шев близо до центъра или неутралната ос на материала. Това ще сведе до минимум изкривяването, когато лазерната заварка започне да се свива, защото ще има по-малко влияние, тъй като силите на свиване се опитват да излязат от центровката.
5. Опитайте техниката на заваряване със задна стъпка
Заваряването с обратна стъпка е техника, при която посоката на заваряване е отляво надясно, но сегментите на заваръчния шев се отлагат отдясно наляво. Правейки това, ще разширите ръбовете, където са поставени сегментите на перлата, за да отделите временно металния лист.
Когато движението отляво надясно приключи, продължаването на перлите ще доведе до намаляване на разширяването, когато процесът приключи. Това е ефективен начин за минимизиране на изкривяването.
6. Предварително зададени части за заваряване
Това ще включва някои тестове, за да се гарантира минимално изкривяване, след като заваряването приключи. Определете предварителната настройка, необходима за предишно заваряване, за да можете да оцените свиването, което ще изпитате. Това ще ви позволи да направите корекции, за да минимизирате свиването и изкривяването.
7. Създайте последователност на заваряване
Не използвайте само права линия за заваряване на части. Създайте планирана последователност на заваряване, която може да противодейства на свиването на друга част от материала, който се сглобява. Въз основа на знанията си за това как металът се свива, можете да създадете последователност, която балансира реакциите, за да предотврати деформация.
8. Затегнете частта, за да я заключите на място
Друг вариант е да използвате приспособление, когато заварявате частите заедно. Това ще ги закрепи и ще предотврати тяхното изкривяване при разширяване или свиване. Дръжте частите на място, докато процесът приключи. Липсата на движение намалява изкривяването.
9. Помислете за облекчаване на топлинния стрес
Това е технология, която контролира нагряването и охлаждането на части, съединени чрез заваряване. Това е моментът, когато повишавате температурата и контролирате стреса за управление на охлаждането, като го носите, докато заварявате продукта.
10. Съкратете времето за заваряване
Можете също така да съкратите времето за заваряване, за да намалите риска от изкривяване. Това би било предизвикателство, ако правите това ръчно. Частите, които първо заварявате, ще се охладят, преди да са готови. Въпреки това, ако имате механизирано оборудване за заваряване, можете да намалите времето за обработка и да сведете изкривяването до минимум.