Zastosowanie spawania laserowego na stali nierdzewnej 7

Wady: Przyczyny i rozwiązania

Spawanie laserowe stali nierdzewnej oferuje nieosiągalną dokładność, jednak wady mogą nadal występować, jeśli przygotowanie materiału, parametry procesu lub doprowadzenie gazu osłonowego nie są w pełni zoptymalizowane. W przeciwieństwie do spawania łukowego, mała kąpiel ciekła w spawaniu laserowym krzepnie bardzo szybko, dlatego nawet niewielkie zakłócenia w dostarczaniu energii lub osłonie gazowej mogą powodować widoczne lub ukryte wady. Poniżej przedstawiono szczegółowy przegląd typowych rodzajów wad, ich korzeniowych przyczyn oraz sprawdzonych działań korygujących.

Porowatość

· Przyczyna metalurgiczna: Pęcherzyki gazu (wodór, tlen, azot) uwięzione w kąpieli stopu podczas krzepnięcia. Najczęstszą przyczyną jest wodór — często pochodzący z wilgoci lub węglowodorów na powierzchni złącza.

· Uwarunkowania specyficzne dla laserowego spawania:

1. Niewystarczające odtłuszczanie (płyny do cięcia, oleje, pozostałości kleju).

2. Wchłanianie wilgoci ze środowiska o dużej wilgotności.

3. Turbulencja gazu osłonowego powoduje wprowadzanie powietrza otoczenia.

· Rozwiązania:

1. Czystość: Części należy oczyścić rozpuszczalnikiem i wysuszyć bezpośrednio przed spawaniem.

2. Ochrona gazem: Zapewnić laminarny przepływ gazu osłonowego; stosować większe dysze lub dyfuzory, aby zapobiec turbulencji.

3. Dostrojenie parametrów: Nieznacznie zmniejszyć prędkość spawania, aby umożliwić ucieczkę gazom przed zastygnięciem; unikać nadmiernej głębokości kluczkowej, która może uwięzić gazy.

Pęknięcia gorące (pęknięcia krystalizacyjne)

· Przyczyna metalurgiczna: Niska zawartość ferrytu w całkowicie ferrytycznych spoinach prowadzi do skupienia się zanieczyszczeń na granicach ziaren podczas krzepnięcia. Naprężenia rozciągające powstałe wskutek kurczenia wywołują pęknięcia przed pełnym zakrzepnięciem.

· Uwarunkowania specyficzne dla laserowego spawania:

1. Bardzo wysokie prędkości przesuwu powodują wąskie, całkowicie austenityczne krzepnięcie.

2. Sztywne zamocowanie ograniczające kurczenie się materiału.

· Rozwiązania:

1. Metalurgiczne: Użyj drutu spawalniczego o wyższym potencjale ferrytu (np. ER308L, ER316L), aby osiągnąć zawartość ferrytu w zakresie 3–8%.

2. Zarządzanie naprężeniami: Zmniejsz obustronne utwierdzenie w uchwytach; stosuj naprzemienne spawanie, aby rozproszyć siły kurczenia.

3. Dostrojenie parametrów: Unikaj ekstremalnie wysokich prędkości przy wrażliwych gatunkach; dostosuj ostrość wiązki, aby uzyskać nieco szerszy profil szwu.

Brak stopienia / Niepełne przetopienie

· Przyczyna metalurgiczna: Niekompletne stopienie się powierzchni styku lub korzenia spoiny z powodu niewystarczającej gęstości energii lub nieprawidłowego położenia wiązki.

· Uwarunkowania specyficzne dla laserowego spawania:

1. Rozogniskowana wiązka spowodowana nieprawidłową pozycją ogniska.

2. Nieakuratne wyrównanie wiązki względem osi środkowej połączenia.

3. Zbyt duża prędkość przesuwu.

· Rozwiązania:

1. Optyka: Sprawdź długość ogniskowej i położenie; sprawdź, czy obiektyw nie jest zabrudzony.

2. Parametry: Zwiększ moc lub zmniejsz prędkość przesuwu; zmniejsz amplitudę kołysania, jeśli jest zbyt duża.

3. Pasowanie: Popraw przygotowanie styku i zapewnij szczelinę <0,1 mm dla spoin autogenicznych.

Podcięcie / Niedomiar

· Przyczyna metalurgiczna: Stopienie brzegu metalu podstawowego w miejscu naroża spoiny bez wystarczającej ilości ciekłego metalu wypełniającego.

· Uwarunkowania specyficzne dla laserowego spawania:

1. Wysoka gęstość energii połączona z szybkim przesuwem, co powoduje wypłukanie metalu naroża spoiny.

2. Niecentralne ustawienie wiązki.

· Rozwiązania:

1. Zmniejsz prędkość przesuwu lub przesunięcie wiązki, aby poprawić zwilżalność.

2. Dodaj drut spawalniczy do mostkowania szczeliny lub kształtowania zakładki.

3. Dostosuj gaz osłonowy, aby uniknąć nadmiernego obłoku plazmy, który destabilizuje kałużę stopionego metalu.

Niestabilność klucza / bryzgi

· Przyczyna metalurgiczna: Fluktuacje w kawernie parowej (klucz) prowadzą do zapadania się lub wyrzutu stopionego metalu.

· Uwarunkowania specyficzne dla laserowego spawania:

1. Nadmierna gęstość mocy powoduje gwałtowne odparowanie.

2. Zanieczyszczenie powoduje nieregularne pochłanianie energii.

3. Nieodpowiedni wybór gazu osłonowego lub jego przepływ powodujący niestabilny obłok plazmy.

· Rozwiązania:

1. Nieco zmniejsz maksymalną gęstość mocy; dostosuj położenie ogniska w celu uzyskania stabilności.

2. Upewnij się, że powierzchnie są wolne od tlenków i suche.

3. Użyj mieszanin helu, aby ustabilizować klucz w trybie głębokiego przenikania.

Zabarwienie i utlenianie

· Przyczyna metalurgiczna: Chrom w stali nierdzewnej utlenia się, gdy gorący metal jest narażony na tlen, tworząc zabarwienie termiczne, które może zmniejszyć odporność na korozję.

· Uwarunkowania specyficzne dla laserowego spawania:

1. Niewystarczające osłanianie gazem ochronnym podczas i po spawaniu.

2. Zbyt wysoka temperatura międzipasowa lub temperatura chłodzenia bez osłony doczłonowej.

· Rozwiązania:

1. Zwiększ osłonę głównym gazem i dodaj osłony doczłonowe, aby objąć stygnącą krawędź przez 2–5 sekund.

2. Używaj gazu o wysokiej czystości (>99,99%).

3. Minimalizuj dopływ ciepła, zachowując pełną penetrację.

Excessive Distortion

· Przyczyna metalurgiczna: Wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej stali nierdzewnej powoduje, że nawet niewielkie zmiany temperatury prowadzą do naprężeń kurczenia się.

· Uwarunkowania specyficzne dla laserowego spawania:

1. Zbyt duża moc wiązki dla danej grubości złącza.

2. Długie, ciągłe szwy bez zrównoważonej kolejności.

· Rozwiązania:

1. Zmniejsz dopływ ciepła poprzez regulację prędkości lub mocy.

2. Wykonuj spoiny w kolejności zapewniającej równoważenie naprężeń.

3. Stosuj oprzyrządowanie z kontrolowanym dociskiem, pozwalające na ograniczoną ekspansję bez utraty równoległości.

W przypadku laserowego spawania stali nierdzewnej większość wad wynika z jednej z czterech przyczyn podstawowych: zanieczyszczenie, słaba kontrola wiązki, nieprawidłowy dopływ ciepła lub niewystarczające osłanianie. Porowatość powstaje na skutek zanieczyszczenia lub pęcherzyków gazowych, pęknięcia gorące z powodu złej kontroli ferrytu i dużego obciążenia, brak scalenia przez niewystarczającą penetrację, podcięcie krawędzi z powodu nieprawidłowego ustawienia wiązki, niestabilność otworu klucza z powodu niestabilnych jam parowych, przebarwienia spowodowane oddziaływaniem tlenu, a odkształcenia — nierównowagą termiczną. Rozwiązanie musi być zawsze ukierunkowane: należy wyeliminować przyczynę, a nie tylko objaw, poprzez odpowiednią przygotowanie, parametry i dostawę gazu osłonowego.