Заваръчен монтаж
1. Пролука и несъответствие при монтажа
Качеството на сглобяването е от решаващо значение за осигуряване на качеството на заваряването. Прекомерните монтажни хлабини или несъответствие могат лесно да причинят дефекти като прегаряне, лошо образуване на заварката и непълно проникване. Монтажната хлабина за ъглови и челни съединения трябва да бъде възможно най-малка. Таблица 8-2 изброява изискванията за хлабини и несъответствие при ръчно лазерно автогенно заваряване.
За да се осигурят размерите на детайла, да се намали деформацията и да се предотврати несъответствие на заваряваната зона поради торсионна деформация по време на заваряване, обикновено се изисква прихващащо заваряване преди заваряване. За монтажно прихващащо заваряване се използва същият метод на обработка като при официалното заваряване. Дължината на прихващащите заварки е 20–30 мм, а изискванията за качество на прихващащите заварки (напр. дълбочина и ширина на проникване) са по-ниски от тези за официалното заваряване. За прихващащото заваряване обикновено се използва по-висока скорост на движение, отколкото за официалното заваряване. С цел осигуряване на надеждно свързване на прихващащите заварки, прихващащите заварки трябва да са плоски, дълги и тънки и не трябва да бъдат прекомерно големи, широки или високи. Прихващащите заварки също изискват адекватна защита, за да се избегне окисляване.
3. Приспособления и скоби
Лазерното заваряване се използва най-вече зазаваряване на тънки листовеПри заваряване на тънки листове, заваряването обикновено се извършва от предната страна на детайла, с достатъчно топене от задната страна, за да се постигне добре оформен заден заваръчен шев. За избор на параметри: ниското подаване на топлина може да причини непълно сливане от задната страна; високото подаване на топлина, като същевременно осигурява пълно проникване от задната страна, може да доведе до прегаряне поради тежестта на разтопения метал или непропорционална ширина на топене спрямо дебелината на детайла. За да се предотврати прегаряне, ако детайлът позволява затягане, трябва да се използват приспособления за затягане на детайла по време на заваряване на тънки листове - притискане на предната страна и поставяне на медна или неръждаема стомана като опорна плоча от задната страна. Това предотвратява промени в монтажните фуги или несъответствие, причинено от деформация на заваряването, и избягва термично срутване. Когато детайлът има неравномерно разсейване на топлината в различните области поради структурни причини, използването на приспособления за балансиране на разсейването на топлината също е ефективно, като се цели образуване на заварки с еднакви размери както от предната, така и от задната страна.
Избор на параметри на заваряване
Като цяло, параметрите на лазерното заваряване включват мощност на лазера, ширина на лазерния импулс, степен на разфокусиране, скорост на заваряване и защитен газ.
1. Лазерна мощност
При лазерното заваряване има прагова плътност на мощността на лазера. Под този праг дълбочината на проникване е плитка; след като бъде достигната или превишена, дълбочината на проникване се увеличава значително. Плазмата се генерира само когато плътността на мощността на лазера върху детайла надвиши прага, което показва стабилно заваряване с дълбоко проникване. Под прага се наблюдава само повърхностно топене (стабилно заваряване с топлопроводимост). Близо до критичното условие за образуване на отвор за заваряване, дълбокото проникване и заваряването с топлопроводимост се редуват, което води до нестабилен процес с големи колебания в дълбочината на проникване. Мощността на лазера е един от най-критичните параметри при лазерната обработка и ключов фактор за дълбочината на проникване на заварката. За фиксиран диаметър на фокусирано петно, плътността на мощността на лазера е пропорционална на мощността на лазера: по-високата мощност увеличава дълбочината на проникване и скоростта на заваряване. Прекомерната мощност обаче причинява силно прегряване на разтопената вана, увеличава ширината на заварката и зоната, засегната от топлина (HAZ), и води до повече пръски, които могат да замърсят заваръчната леща. При висока мощност повърхностният слой може да се нагрее до точка на кипене и да се изпари значително в рамките на микросекунди, което го прави идеален за процеси на отстраняване на материали като пробиване, рязане и гравиране. При по-ниска мощност, повърхността достига точка на кипене за милисекунди, а подлежащият слой се топи преди повърхностното изпаряване, което улеснява доброто заваряване чрез сливане.
2. Ширина на лазерния импулс
Ширината на лазерния импулс или „ширината на импулса“ е ключов параметър при импулсното лазерно заваряване. Тя се определя от дълбочината на проникване и зоната на зърнено-топливно натоварване (HAZ): по-дългите ширини на импулса увеличават HAZ, а дълбочината на проникване се увеличава с корен квадратен от ширината на импулса. По-дългите ширини на импулса обаче намаляват пиковата мощност, така че те обикновено се използват за топлопроводимо заваряване, образувайки широки, плитки заварки – особено подходящи за припокриващи се съединения на тънки и дебели плочи. Ниската пикова мощност обаче причинява прекомерно подаване на топлина и всеки материал има оптимална ширина на импулса за максимална дълбочина на проникване.
3. Избор на степен на разфокусиране
Позицията на фокусираната точка е от решаващо значение залазерно заваряване с термоядрен синтезКогато фокусът е над повърхността на детайла, дълбочината на проникване е малка, което затруднява заваряването с дълбоко проникване. Когато фокусът е под повърхността, плътността на мощността вътре в детайла е по-висока, отколкото на повърхността, което насърчава по-силно топене и изпаряване, позволявайки на енергията да се прехвърли по-дълбоко в детайла и да се увеличи дълбочината на проникване. Има два режима на дефокусиране: положителен дефокус (фокусната равнина над детайла) и отрицателен дефокус (фокусната равнина под детайла). На практика, за дебели плочи, изискващи голяма дълбочина на проникване, се използва отрицателен дефокус, като лазерният фокус обикновено е 1–2 мм под повърхността на детайла. За тънки плочи се предпочита положителен дефокус, като фокусът е 1–1,5 мм над повърхността.
4. Скорост на заваряване
При фиксирани други параметри, дълбочината на проникване намалява с увеличаване на скоростта на заваряване, докато ефективността се подобрява. Прекалено високите скорости не отговарят на изискванията за проникване; прекалено ниските скорости причиняват претопяване, широки заварки, прегряване на зоната на токсично въздействие (HAZ) и повишена склонност към образуване на горещи пукнатини.импулсно лазерно заваряване, скоростта се определя и от максималната честота на импулсите и необходимото припокриване на точките – всяка следваща импулсна точка трябва да се припокрива до известна степен. По този начин, за дадена мощност на лазера и дебелина на материала, съществува оптимален диапазон на скоростта, в който се постига максимална дълбочина на проникване при определена скорост.
5. Защитен газ
Инертните газове често се използват за защита на разтопената вана по време на лазерно заваряване. Докато някои материали може да не изискват защита срещу повърхностно окисление, повечето приложения изискват. Традиционно, Ar, N₂ и He се използват за лазерно заваряване на алуминиеви сплави, за да се предотврати окисляването. Теоретично, He е най-лекият с най-висока енергия на йонизация, но при ниска мощност и високи скорости плазмата е слаба, което минимизира разликите между газовете. Проучванията показват, че при едни и същи условия, N₂ по-лесно предизвиква образуване на „ключови дупки“ поради екзотермични реакции с Al; получените тройни съединения Al-NO имат по-високо лазерно поглъщане. Чистият N₂ обаче образува крехки Al-N фази и пори в заваръчните шевове. Инертните газове, тъй като са леки, излизат, без да причиняват пори, което прави смесените газове по-ефективни. Напоследък се увеличиха изследванията върху лазерното заваряване с Al, използващи смеси Ar-O₂ и N₂-O₂.
6. Абсорбция на материала
Поглъщането на лазерна енергия от материалите зависи от свойства като абсорбционна способност, отражателна способност, топлопроводимост, температура на топене и температура на изпаряване, като абсорбционната способност е най-критичната. Факторите, влияещи върху абсорбционната способност, включват:
Електрическо съпротивление: За полирани повърхности абсорбцията е пропорционална на корен квадратен от съпротивлението, което варира в зависимост от температурата.
Състояние на повърхността: Значително влияе върху абсорбционната способност и по този начин върху резултатите от заваряването.
Съвети за работа и табута за ръчно заваряване с фибролазер
1. Избягвайте дъгова радиация
Ръчни фибролазерни заваръчни апаратиИзползвайте фибро лазери клас 4, излъчващи (1080±3) nm лъчение с изходна мощност над 1000 W (в зависимост от модела). Директното или индиректното облъчване може да увреди очите или кожата. Въпреки че е невидим, лъчът може да причини необратими увреждания на ретината или роговицата. Винаги носете сертифицирани предпазни очила за лазер, когато лазерът работи. Никога не гледайте директно към изходната глава, докато лазерът е включен, дори с предпазни очила.
2. Задаване на параметри на заваряване
Задайте ниска мощност на лазера на сензорния екран (както е показано на Фигура 8-2). Поставете медната дюза на заваръчната глава към детайла и натиснете превключвателя на горелката, за да излъчвате лазер за заваряване. Типични параметри: честота на лазера 5000Hz, скорост на галванометъра 300–600, забавяне на газа >100ms, 100% работен цикъл за непрекъснато излъчване. Регулирайте ширината на заварката въз основа на монтажните пролуки; мощността е регулируема от 0–1000W (0–100% от максимума). След въвеждане на параметрите, щракнете върху „OK“ и запазете, за да влязат в сила настройките.
4. Не увеличавайте прекомерно скоростта на заваряване
Заваръчните шевове се образуват чрез преместване на лазерния източник (вижте Фигура 8-3). Дълбочината и ширината зависят от скоростта и мощността, като типичните скорости са 1–3 м/мин, което води до гладки, без окабеляване повърхности със съотношение на страните <1. При фиксиран ток и напрежение, промяната на скоростта влияе директно върху входящата топлина, променяйки проникването и ширината. Прекалено високите скорости причиняват недостатъчно нагряване, което води до намалено проникване, тясна ширина, подрязване, пори и непълно проникване.
Механично почистване: Използвайте четки от неръждаема стомана или пневматични дискове за отстраняване на оксиди, докато се постигне ярко бяло покритие. Заварявайте веднага след полиране; полирайте отново, ако заваряването се забави >36 часа.
Химическо почистване: Отстранете оксидите чрез химични реакции (методите варират в зависимост от материала). Таблица 8-3 изброява методите за химическо почистване на алуминиеви сплави. Отстранете масло/прах с органични разтворители (бензин, изопропилов алкохол) чрез накисване, избърсване и подсушаване.
5. Минимизиране на порьозността
Водородните пори са често срещани при лазерното заваряване на алуминиеви сплави. Намалете ги чрез отстраняване на повърхностна влага, масло и оксиди. Удължаването на времето за охлаждане на разтопената вана (чрез увеличаване на ширината на импулса) помага за отделянето на газове, тъй като бързият термичен цикъл на лазерното заваряване ограничава отделянето на газ. Избягвайте позиции на фокусиране или отрицателно разфокусиране, където интензивните реакции в разтопената вана и изпаряването на сплавта увеличават порьозността; използвайте по-мека енергия чрез регулирано разфокусиране, за да намалите изпаряването.
6. Обърнете внимание на стойката, докато държите факлата
Ръчните лазерни горелки (вижте Фигура 8-4) са по-тежки от TIG горелките и имат дебели кабели, което причинява умора на оператора. За продължително заваряване дръжте горелката с две ръце, дръжте дюзата в контакт с детайла, визуално подравнете заваръчния шев и издърпайте горелката равномерно към себе си. Регулирайте стойката си въз основа на позицията на заваряване, за да намалите умората и броя на шевовете.
7. Предотвратяване на лазерни наранявания
Неправилната работа може да причини инциденти. Следвайте тези правила:
Никога не гледайте в лазерната изходна глава по време на работа.
Не използвайтевлакнести лазерив тъмна/слаба среда.
Никога не насочвайте фенерчето към хора, когато устройството е активно.
Използвайте метални прегради в рамките на 3 м от зоната на заваряване.
Достъпът до зоната на заваряване да се ограничи само за оператори.
Носете предпазни средства (сертифицирани очила, маски, ръкавици). Никога не гледайте в изходната глава, докато лазерът е включен, дори с очила.
Работете внимателно с горелката и кабела (минимален радиус на огъване >200 мм).
Деактивирайте ключа за лазерно излъчване, когато не го използвате.
Осигурете качество на дюзите за ефективна защита от газове:
Гладки вътрешни стени, концентрични с лазера.
Сменяйте деформираните дюзи своевременно, за да поддържате равномерно движение на горелката.
Размерът на отвора на дюзата (вижте Фигура 8-6) влияе върху качеството на заварката: по-големите отвори увеличават потока на газ, ускорявайки втвърдяването и повишавайки риска от порьозност/напукване.
8. Избягвайте високи скорости за сплави, чувствителни към напукване
Ръчно лазерно заваряванеизползва автогенни, безжични, осцилиращи галванометрични горелки. Високите скорости намаляват проникването, стесняват заваръчните шевове, причиняват подрязване и нарушават покритието със защитен газ, влошавайки защитата. Използвайте по-ниски скорости за сплави, чувствителни към пукнатини.
9. Осигурете качество на фугите
Температурните разлики и безжичното заваряване могат да причинят прегаряне, кратери или пукнатини в кратери. Заварявайте непрекъснато, за да сведете до минимум прекъсванията; ако прекъсванията са неизбежни (напр. промени в позицията, сегментирано заваряване), забавете леко (10 мм) преди спиране, за да предотвратите образуването на кратери. Започнете отново 20 мм след предишния кратер за припокриване и качество.
10. Следвайте правилното движение на горелката
Дръпнете горелката към себе си (от далеч към близо) без странично трептене. Поддържайте постоянна скорост, като същевременно наблюдавате равномерното образуване на заваръчния шев. За вертикално заваряване използвайте движение надолу (не нагоре), за да се възползвате от бързото втвърдяване и да осигурите равномерно движение.
11. Избягвайте подрязване, малки заглъхвания и свиване при заваръчни шевове
За заваръчни шевове с припокриване, регулирайте ъгъла на падане на лазера така, че галванометърът да покрива 2/3 от вертикалната плоча (вижте Фигура 8-7). Това разтопява вертикалната плоча (като пълнител) и 1/3 от основната плоча чрез топлопроводимост, образувайки заварка с достатъчен размер след охлаждане. Лошите заваръчни шевове с припокриване отслабват здравината на съединението, намаляват устойчивостта на пукнатини или причиняват структурна повреда – избягвайте подрязване.
12. Намалете отражателната способност при заваряване на алуминиеви сплави
Алуминият отразява 60–98% от лазерната енергия. Отражателната способност спада рязко в точката на топене и се стабилизира, когато е разтопен. Абсорбционната способност намалява с увеличаване на ъгъла на падене; максималната абсорбция се наблюдава при нормален ъгъл на падене (коригирайте за защита на лещата). Намалете отражателната способност чрез отстраняване на оксиди чрез механично/химическо почистване.
13. Правилно използване на защитен газ
Защитният газ влияе върху образуването, проникването и ширината на заваръчния шев. Повечето газове подобряват качеството, но могат да имат недостатъци:
Ar: Ниска йонизационна енергия, високо образуване на плазма (намаляващо ефективността на лазера), но инертен, евтин и плътен – ефективно покриващ разтопения басейн (идеален за обща употреба).
N₂: Умерена йонизационна енергия (редуцира плазмата по-добре от Ar), но реагира с алуминий/въглеродна стомана, за да образува крехки нитриди, намалявайки жилавостта (не се препоръчва за тези материали). Подходящ за неръждаема стомана, където нитридите повишават якостта.
14. Дебит на защитния газ
Газът се изхвърля през дюзата под специфично налягане. Хидродинамичният дизайн и диаметърът на изхода на дюзата са от решаващо значение: достатъчно големи, за да покрият заваръчния шев, но ограничени, за да предотвратят турбулентен поток (който засмуква въздух и причинява порьозност). За ръчно лазерно заваряване типичният дебит е 7 л/мин. Прекомерният поток разбърква замърсители в разтопената вана, което компрометира чистотата на газа – изберете правилния дебит.
15. Позиция на лазерния фокус
Фокусна позиция: Най-малка точка, най-висока енергия – използвайте заточково заваряванеили нискоенергийни, минимални изисквания за размер на петното (вижте Фигура 8-8).
Отрицателно разфокусиране: По-голямо петно (увеличава се с разстоянието от фокуса) - подходящо за дълбоко проникващо непрекъснато заваряване и дълбоко точково заваряване.
Положително разфокусиране: По-голямо петно (увеличава се с разстоянието от фокуса) - подходящо за повърхностно запечатване или непрекъснато заваряване с ниско проникване.
Контрол за заваряване с пълно проникване: Лека промяна в цвета на гърба показва добро качество; очевидните следи/проникване причиняват пръски или дълбоки канали при непрекъснато заваряване. Регулирайте фокуса, енергията и формата на вълната въз основа на пробите. Използвайте по-малки точки за по-тънки материали, за да избегнете прегаряне.
Време на публикуване: 21 август 2025 г.
