Primjena laserskog zavarivanja na nehrđajućem čeliku 1

Zašto koristiti lasersko zavarivanje nehrđajućeg čelika?

Lasersko zavarivanje nudi nekoliko prednosti zbog kojih je jedna od najučinkovitijih metoda spajanja nehrđajućeg čelika. Njegova jedinstvena kombinacija brzine, preciznosti i minimalnog toplinskog utjecaja omogućuje rezultate koje je teško postići konvencionalnim metodama zavarivanja.

Niska deformacija i minimalno obojenje od topline: Nehrđajući čelik je osjetljiv na toplinu, a prekomjerno toplinsko opterećenje može izazvati izobličenja, ostatak napetosti ili neugledno obojenje. Koncentrirani izvor topline kod laserskog zavarivanja stvara uski zavareni zonu utjecaja toplinom (HAZ), što znatno smanjuje deformacije. Kontrolirani toplinski profil također ograničava obojenje od topline, očuvavajući otpornost metala na koroziju i smanjujući ili uklanjajući naknadno čišćenje zavara.

Visoka brzina i prijateljski odnos prema automatizaciji: Zavarivanje laserskim snopom može se izvoditi pri visokim brzinama kretanja, što ga čini idealnim za masovnu proizvodnju. Proces se lako integrira u automatizirane proizvodne linije, pri čemu robotski sustavi osiguravaju dosljedne zavare bez umora operatera. To poboljšava produktivnost uz održavanje kvalitete.

Izvrsna preciznost: Laserski snop može se fokusirati na vrlo malu veličinu točke, što omogućuje točno mjesto zavarivanja. To je ključno kod rada s tankim dijelovima od nehrđajućeg čelika, složenim dizajnima ili dijelovima gdje je tolerancija greške minimalna.

Pristup i zavarivanje s jedne strane: Za razliku od nekih tradicionalnih metoda zavarivanja, lasersko zavarivanje često zahtijeva pristup samo s jedne strane spoja. To ga čini vrijednim za složene sklopove ili područja s ograničenim pristupom.

Čist proces: Zavarivanje laserskim zrakom je proces bez kontakta koji stvara minimalnu iskru, dim ili zagađenje. Ovo ne samo da poboljšava sigurnost i čistoću na radnoj površini, već također smanjuje potrebu za opsežnim završnim radovima nakon zavarivanja.

Zavarivanje nehrđajućeg čelika laserskim zrakom kombinira brzinu, preciznost i minimalni toplinski unos, što rezultira jakim, vizualno čistim zavarima smanjenim naknadnim doradama. Njegova kompatibilnost s automatizacijom i pristup s jedne strane čine ga idealnim izborom za masovnu proizvodnju i specijalne primjene, nudeći dugoročne pogodnosti kvalitete i učinkovitosti.

Vrste nehrđajućeg čelika i njihovo značenje za zavarivanje

Nehrđajući čelici grupirani su u obitelji na temelju njihove kristalne strukture i sastava slitine. Ove razlike izravno utječu na njihovu zavarljivost, reakciju na toplinu i konačna mehanička svojstva. Kod laserskog zavarivanja razumijevanje ovih karakteristika ključno je za izbjegavanje grešaka poput pucanja, deformacija, gubitka otpornosti na koroziju ili neravnoteže faza.

Austenitni

Struktura i sastav: Prostorno centrirana kocka (FCC struktura), tipično sadrži 16–26% kroma i 6–12% nikla. Uključuje kvalitete 304, 316 i 310.

Zavarljivost: Izvrsna zavarljivost i duktilnost, ali visoko toplinsko širenje može uzrokovati deformacije. Niska toplinska vodljivost također može dovesti do lokalnog pregrijavanja ako parametri nisu pod kontrolom.

Napomene kod laserskog zavarivanja: Održavajte niski toplinski unos kako biste smanjili izobličenja. Koristite mješavine zaštitnih plinova (npr. argon-helij) za poboljšanje prodora i smanjenje oksidacije. Izbjegavajte osjetljivost kontroliranjem temperature između prolaza i brzine hlađenja.

Primjena: Oprema za preradu hrane, kemijski spremnici, arhitektonski obloga.

Ferritni

Struktura i sastav: Volumno centrirana kocka (BCC struktura) s 10,5–30% kroma, vrlo malo ili nimalo nikla. Uobičajene kvalitete: 409, 430.

Zavarljivost: Umjerena zavarljivost – sklonost rastu zrna i krtosti u zoni utjecaja topline (HAZ). Nisko toplinsko širenje znači manje deformacija u usporedbi s austenitnim kvalitetama.

Razmatranja kod laserskog zavarivanja: Održavajte nizak toplinski unos i brzo hlađenje kako biste izbjegli grubozrnatu strukturu. Puni materijali često nisu nužni, ali se mogu koristiti za poboljšanje žilavosti u debelim presjecima.

Primjena: Sustavi za ispuštanje automobila, industrijski uređaji, dekorativni dodaci.

Martensitni

Struktura i sastav: BCC/tetragonalna struktura s 11,5–18% kroma i višim sadržajem ugljika. Uobičajeni tipovi: 410, 420, 440C.

Zavarljivost: Teže se zavaruje zbog tvrdoće i krhkosti. Visoki rizik od hladnog pucanja u zoni utjecaja topline (HAZ).

Razmatranja kod laserskog zavarivanja: Predgrijte na 150 –300℃ kako biste smanjili gradijente tvrdoće. Koristite popratno kaljenje nakon zavarivanja za vraćanje žilavosti. Punjeni materijali s nižim sadržajem ugljika mogu pomoći u smanjenju osjetljivosti na pukotine.

Primjena: Lopatice turbine, noževi, kirurški instrumenti.

Očvršćivanje taloženjem (PH)

Struktura i sastav: Martenzitska ili polu-austenitna struktura s dodatnim legirajućim elementima (npr. Cu, Al, Nb, Ti) koji omogućuju očvršćivanje starjenjem. Primjer: 17-4PH.

Dobra zavarljivost, ali mehanička svojstva u velikoj mjeri ovise o toplinskoj obradi.

Napomene za lasersko zavarivanje: Zavarite u stanju nakon toplinske obrade rješavanjem, a zatim izvršite naknadno zavarivanje starenjem kako biste povratili čvrstoću. Izbjegavajte pretjerani unos topline kako biste spriječili prekomjerno starenje ili izobličenje.

Primjena: Dijelovi zrakoplova, osovine visoke čvrstoće, oprema za preradu nafte i kemikalija.

Duplex i Super Duplex

Struktura i sastav: Približno 50/50 austenitne i feritske faze, s visokim udjelom kroma (19–32%), molibdena i dušika za poboljšanu otpornost na koroziju. Uobičajeni tipovi: 2205, 2507.

Zavarljivost: Dobra zavarljivost, ali osjetljiva na disbalans faza – previše topline može uzrokovati prevladavanje ferita ili sigma faze, čime se smanjuje otpornost na koroziju i žilavost.

Napomene za lasersko zavarivanje: Koristite kontrolirani, umjereni unos topline i održavajte temperaturu između slojeva ispod ~150 ℃. Čistoća zaštitnog plina ključna je za izbjegavanje gubitka dušika.

Primjena: Offshore platforme, opreme za opresnjavanje vode, oprema za kemijsku obradu.

Svaka obitelj nehrđajućih čelika drugačije reagira na koncentriranu toplinu laserskog zavarivanja. Austeniti se lako zavaruju, ali se lako deformiraju, feriti su stabilni ali prijete zrnastim otvrdnjavanjem, martensiti zahtijevaju predgrijavanje i kaljenje, PH čeliči trebaju naknadno starenje zavarivanja, dok duplekse zahtijevaju strogu kontrolu faze. Odabir ispravnih parametara lasera, dodatnih metala i tretmana nakon zavarivanja na temelju specifične obitelji osigurava zavarivanje koje očuva čvrstoću i otpornost na koroziju.