Laserhitsaustekniikan käyttö ruostumattomassa teräksessä 1

Miksi käyttää laserhitsausta ruostumattomaan teräkseen?

Laserhitsaus tarjoaa useita etuja, jotka tekevät siitä tehokkaimmista menetelmistä ruostumattoman teräksen liittämiseen. Sen ainutlaatuinen yhdistelmä nopeutta, tarkkuutta ja vähäisestä lämpövaikutuksesta takaa tuloksia, joita on vaikea saavuttaa perinteisillä hitsausmenetelmillä.

Vähäinen vääntymä ja lämpövärjäys: Ruostumaton teräs on herkkä lämmölle, ja liiallinen lämpövirta voi aiheuttaa vääntymistä, jäännösjännityksiä tai epämiellyttävää värjäämistä. Laserhitsauksessa lämmön lähde on keskittynyt, mikä tuottaa kapean lämmön vaikutusalueen (HAZ), joka vähentää tehokkaasti vääntymistä. Tarkasti hallittu lämpöprofiili rajoittaa myös lämpövärjäystä, säilyttäen metallin korroosionkestävyyden ja vähentäen tai poistamalla tarpeen jälkikäsittelyyn hitsauksen jälkeen.

Korkea nopeus ja automaatiokelpoisuus: Laserhitsausta voidaan tehdä suurilla kulkunopeuksilla, mikä tekee siitä ideaalisen suurten sarjojen valmistukseen. Prosessi voidaan integroida helposti automatisoituihin tuotantolinjoihin, ja robottijärjestelmät takaavat yhtenäiset hitsaukset ilman työntekijöiden väsymistä. Tämä parantaa tuotantokapasiteettia ja laatua.

Erinomainen tarkkuus: Laserin säde voidaan kohdentaa hyvin pienelle alueelle, mikä mahdollistaa tarkan hitsin sijoittamisen. Tämä on erityisen tärkeää ohuiden ruostumattomien teräsosien, monimutkaisten muotojen tai niiden osien käsittelyssä, joissa virheen sallittu vaihtelu on hyvin vähäistä.

Pääsy ja yhden puolen hitsaus: Toisin kuin joissakin perinteisissä hitsausmenetelmissä, laserhitsauksessa tarvitaan yleensä pääsy vain yhdestä liitoksen puolesta. Tämä tekee siitä arvokkaan monimutkaisissa kokoonpanoissa tai alueilla, joihin pääsy on rajoittunut.

Puhdas prosessi: Laserhitsaus on kosketukseton prosessi, joka tuottaa vähän sironnan, savukaasujen tai saasteiden muodostumista. Tämä parantaa turvallisuutta ja siisteyttä tuotantolaitoksella sekä vähentää tarvetta laajalle hitsauksen jälkikäsittelylle.

Ruostumattoman teräksen laserhitsaus yhdistää nopeuden, tarkan tarkkuuden ja vähäisen lämmönsyötön, jolloin saadaan aikaan vahvat ja visuaalisesti puhtaat saumat vähentyneellä jälkikorjauksella. Sen automaatioystävällisyys ja kapea pääsy yhdestä puolesta tekevät siitä ideaalin valinnan sekä sarjatuotantoon että erikoiskäyttöön, tarjoten pitkän aikavälin laatua ja tehokkuusedut.

Ruostumattomien terästen ryhmät ja niiden merkitys hitsauksessa

Ruostumattomat teräkset jaetaan ryhmiin niiden kiderakenteen ja seostuksen perusteella. Näillä eroilla on suora vaikutus niiden hitsattavuuteen, lämmön vaikutukseen ja lopullisiin mekaanisiin ominaisuuksiin. Laserhitsauksessa näiden ominaisuuksien ymmärtäminen on kriittistä viallisten saumojen, kuten halkeamien, vääntymisen, korroosion kestävyyden heiketmisen tai faasitasapainon menettämisen, välttämiseksi.

Austenittinen

Rakenne ja koostumus: Pintakeskisen kuusikulmion (FCC) rakenne, jossa on tyypillisesti 16–26 % kromia ja 6–12 % nikkeliä. Luokat sisältävät 304, 316 ja 310.

Hitsattavuus: Erinomainen hitsattavuus ja muovattavuus, mutta korkea lämpölaajeneminen voi aiheuttaa vääntymistä. Alhainen lämmönjohtavuus voi myös johtaa paikalliseen ylikuumenemiseen, jos parametreja ei ole hallittu.

Laserhitsauksen huomioon otettavat seikat: Pidä lämmönsyöttö alhaisena vääristymisen minimoimiseksi. Käytä suojakaasuseoksia (esim. argon-helium) parantaaksesi tunkeutumista ja vähentääksesi hapettumista. Vältä herkistämistä hallitsemalla välipalautelämpötilaa ja jäähtymisnopeutta.

Käyttösovellukset: Elintarvikkeiden käsittelykalusto, kemialliset säiliöt, arkkitehtoninen verhoilu.

Ferrittinen

Rakenne ja koostumus: Kehyskeskisen kuusikulmion (BCC) rakenne, jossa on 10,5–30 % kromia ja hyvin vähän tai ei lainkaan nikkeliä. Yleiset luokat: 409, 430.

Hitsattavuus: Kohtalainen hitsattavuus – altis rakeen kasville ja haurastumiselle hitsattavan liitoksen lämmön vaikutusalueella (HAZ). Alhainen lämpölaajeneminen tarkoittaa vähemmän vääntymistä kuin austeniittisilla laaduilla.

Laserhitsausten huomioon otettavat seikat: Käytä matalaa lämmöntuloa ja nopeaa jäähtymistä välttääksesi karkeiden rakeiden muodostumisen. Täyteaineet eivät ole usein välttämättömiä, mutta niitä voidaan käyttää paksujen osien sitkeyden parantamiseksi.

Käyttösovellukset: Auton poistojärjestelmät, teollisuuskoneet, koristeviimeistely.

Martensittinen

Rakenne ja koostumus: BCC/neliöpohjainen rakenne, jossa on 11,5–18 % kromia ja korkea hiilipitoisuus. Yleisiä lajikkeita: 410, 420, 440C.

Hitsattavuus: Vaikeampi hitsata kovuutensa ja hauraudensa vuoksi. Korkea kylmänpurtumisen riski hitsausalueessa.

Laserhitsausten huomioon otettavat seikat: Esilämmitä 150 –300℃ :n lämpötilaan kovuusgradientin vähentämiseksi. Käytä jälkilämmitystä palauttaaksesi sitkeyden. Alhaisemman hiilipitoisuuden täyteaineet voivat vähentää halkeamisalttiutta.

Käyttösovellukset: Turbiinilapaset, veitset, kirurgiset välineet.

Sakka- tai saostuskarkaistava (PH)

Rakenne ja koostumus: Martensiittinen tai puolijäähdyttämätön rakennepohja, jossa on lisäseosaineita (esim. Cu, Al, Nb, Ti), jotka mahdollistavat ikääntymiskarkaistuksen. Esimerkki: 17-4PH.

Hitsausominaisuudet: Hyvä hitsattavuus, mutta mekaaniset ominaisuudet riippuvat lämpökäsittelystä.

Laserhitsauksen huomioon otettavat seikat: Hita se tehtaassa kuumennetussa tilassa ja toteuta hitsauksen jälkeinen vanhentaminen lujuuden palauttamiseksi. Vältä liiallista lämmöntuloa ylivanhentumisen tai vääristymisen estämiseksi.

Käyttösovellukset: Ilmailuteollisuuden osat, korkean lujuuden omaavat akselit, öljy- ja kaasuteollisuuden laitteet.

Duplex- ja superduplex-teräkset

Rakenne ja koostumus: Noin 50/50 austeniittinen ja ferriittinen rakenne, korkea kromipitoisuus (19–32 %), molybdeeni ja typpi korostettua korroosionkestoa varten. Yleiset laadut: 2205, 2507.

Hitsausominaisuudet: Hyvä hitsattavuus, mutta herkkä tasapainon menettelyyn rakenteessa – liiallinen lämpö voi aiheuttaa ferriitin tai sigmavaiheen hallitsevuuden, mikä heikentää korroosionkestoa ja sitkeyttä.

Laserhitsauksen huomioon otettavat seikat: Käytä hallittua, kohtalaista lämmöntuloa ja pidä kerrosvälin lämpötila alle ~150 ℃. Suojakaasun puhtaus on kriittistä typen häviön välttämiseksi.

Käyttösovellukset: Merenalaiset alustukset, suolanpoistolaitokset, kemialliset prosessilaitteet.

Jokainen ruostumattomasta teräksestä valmistettu perhe reagoi eri tavalla laserhitsauksen keskittämään lämpöön. Austeniittiset teräkset hitsataan helposti mutta ne vääntyvät helposti, ferriittiset ovat stabiileja mutta ne vaativat huoman raekokojen kasvuun, martensiittiset vaativat esilämmitystä ja jälkikäsittelyä, PH-luokat vaativat jälkikäsittelyä hitsauksen jälkeen ja duplex-tyypit vaativat tarkkaa faasien hallintaa. Oikeiden laserhitsausparametrien, täyteaineiden ja jälkikäsittelyjen valitseminen tietyn perheen mukaan varmistaa hitsien säilyttämän sekä vetolujuuden että korroosionkestävyyden.