Aplicarea sudării cu laser pe oțel inoxidabil 2

Aplicarea sudării cu laser pe oțel inoxidabil

Bazele sudării cu laser

Înțelegerea bazelor sudării cu laser este esențială pentru a realiza suduri puternice și consistente în oțel inoxidabil. Procesul se bazează pe parametri strict controlați care determină adâncimea de pătrundere, lățimea sudurii și dimensiunea zonei afectate termic. Următoarele concepte definesc modul în care un laser interacționează cu oțelul inoxidabil și modul în care setările diferite influențează rezultatele.

Conducție VS. Mod Keyhole

Mod Conducție: Energia laserului topește suprafața metalului, iar căldura se propagă în material în principal prin conducție termică. Acest lucru produce suduri puțin adânci și largi, cu o vaporizare minimă – ideale pentru secțiuni subțiri, intrare redusă de căldură și suduri estetice.

Mod Keyhole: La densități de putere mai mari, laserul vaporizează metalul în punctul focal al fasciculului, creând o cavitate mică (keyhole). Fasciculul pătrunde adânc, permițând suduri înguste și profunde în secțiuni mai groase. Acest mod oferă o pătrundere maximă, dar necesită un control precis pentru a evita porozitatea și instabilitatea.

Undă Continuă (CW) VS. Pulsat

Undă Continuă (CW): Asigură o putere stabilă și neîntreruptă. Ideal pentru cusături lungi și continue unde viteza și consistența penetrării sunt prioritare – frecvent utilizat în liniile de producție automate.

Pulsat: Asigură energia în impulsuri controlate. Util pentru piese sensibile la căldură, lucrări de detaliu fin sau sudare punctuală. Sudarea pulsată reduce deformările și decolorarea cauzată de căldură, fiind potrivită pentru asamblări precise și componente subțiri din oțel inoxidabil.

Calitatea Fasceului, Dimensiunea Punctului și Energia pe Unitatea de Lungime

Calitatea Fasceului: O calitate superioară a fasciculului (măsurată prin M²) produce un punct mai mic și mai concentrat, permițând suduri mai fine și o penetrare mai profundă la o putere mai scăzută.

Dimensiunea Punctului: Punctele mai mici cresc densitatea energetică, îmbunătățind penetrarea. Punctele mai mari răspândesc căldura, reducând riscul de străpungere în materialele subțiri.

Energie pe Unitatea de Lungime: Balansarea puterii laserului și a vitezei de deplasare determină cantitatea totală de energie introdusă. O cantitate prea mare de energie provoacă distorsiuni și o Zonă Afectată de Căldură excesivă; o cantitate prea mică duce la o fuziune slabă sau incompletă.

Oscilație și Optică de Scanare

Sudare cu Oscilație: Presupune oscilarea fascicolului laser în modele mici în timp ce se deplasează de-a lungul cusăturii. Îmbunătățește acoperirea rostului, reduce sensibilitatea la aliniere și poate produce cordonuri de sudare mai largi și mai permisive.

Optică de Scanare: Utilizează oglinzi sau galvanometre pentru a deplasa fascicolul laser la viteză mare peste piesa de lucru. Permite modificări rapide ale modelelor, sudarea multiplă și integrarea cu automatizarea. Sunt deosebit de valoroase în producția în masă și în geometrii complexe.

Performanța sudării cu laser depinde de modul în care controlați interacțiunea fascicul-material. Modul de conducție este potrivit pentru suduri fine și superficiale, în timp ce modul cheie permite o penetrare profundă. Sudarea continuă (CW) oferă viteză și consistență, în timp ce modul pulsatoriu controlează căldura în părțile delicate. Calitatea fasciculului și dimensiunea spotului determină densitatea energiei, iar potrivirea energiei pe unitate de lungime cu îmbinarea este esențială pentru rezistență fără distorsiuni. Tehnici avansate precum sudarea cu oscilație (wobble welding) și opticile de scanare extind flexibilitatea, făcând sudarea cu laser un instrument versatil pentru prelucrarea oțelului inoxidabil în diverse industrii.

Reguli privind proiectarea și asamblarea îmbinărilor

În sudarea cu laser, proiectarea îmbinării și precizia asamblării au un impact direct asupra calității sudurii, a penetrării și a aspectului acesteia. Spre deosebire de unele procese de sudare cu arc, sudarea cu laser oferă o toleranță mai mică pentru goluri mari sau o aliniere incorectă, din cauza fasciculului îngust și a băii mici de metal topit. Alegerea tipului potrivit de îmbinare, pregătirea corectă a marginilor și asigurarea unei asamblări precise sunt esențiale pentru suduri din oțel inoxidabil puternice și fără defecte.

Îmbinări cap la cap

Descriere: Două piese aliniate în același plan, unite de-a lungul marginilor.

Considerații privind sudarea cu laser: Funcționează cel mai bine cu goluri minime sau nule (<0,1 mm pentru secțiuni subțiri). Necesită o pregătire precisă a marginilor pentru a evita o fuziune incompletă. Modul keyhole este adesea utilizat pentru secțiuni mai groase.

Aplicații: Panouri din tablă, vase sub presiune, țevi.

Îmbinări suprapuse

Descriere: O piesă se suprapune peste alta, iar laserul pătrunde prin stratul superior în cel inferior.

Considerații privind sudarea cu laser: Eficace pentru îmbinarea grosimilor disimilare. Suprapunerea ar trebui să fie constantă, iar suprafețele trebuie să fie curate pentru a preveni contaminarea. O ușoară defocalizare poate îmbunătăți consistența penetrării.

Aplicații: Panouri de caroserie auto, carcase, asamblări subțiri structurale.

Îmbinări de colț

Descriere: Părțile sunt unite la un unghi, de obicei 90°, iar metalul de sudură este depus în colț.

Considerații privind sudarea cu laser: Ideală pentru automatizare, dar necesită o aliniere precisă a îmbinăturilor. Rotunjirea marginilor poate îmbunătăți accesul razei în colțurile strâmte. Sudarea cu oscilație poate ajuta la umplerea uniformă a îmbinăturii.

Aplicații: Cadre, console, structuri de tip cutie.

Margini și colțuri

Descriere: Include îmbinări de colț și suduri de margine, unde raza topește materialul la limită.

Considerații privind sudarea cu laser: Este deosebit de sensibilă la erorile de aliniere. Inserția redusă de căldură minimizează deformările, însă este necesară o fixare atentă pentru a păstra integritatea geometrică. Este frecvent utilizată pentru piese din oțel inoxidabil decorative datorită cusăturilor curate și vizibile.

Teșituri și pregătiri

Descriere: Margini înclinate sau pregătite pentru a permite o penetrare mai profundă sau pentru a susține adaosul de material.

Considerații privind sudarea cu laser: Este frecventă la secțiuni mai groase de oțel inoxidabil, unde este necesară o penetrare într-o singură trecere. Unghiul de teșire și fața de rădăcină trebuie să fie constante; un teșit excesiv poate reduce eficiența îmbinării.

Sudare de prindere (tack welding)

Descriere: Suduri mici și temporare care mențin piesele aliniate înainte de sudarea finală.

Considerații privind sudarea cu laser: Previne mișcarea pieselor în timpul sudării și minimizează variația între margini. Sudurile de prindere cu laser sunt rapide, cu deformări reduse și ușor de automatizat. Distanța dintre sudurile de prindere trebuie să fie adaptată grosimii materialului și rigidității îmbinării.

Sudarea cu laser necesită o potrivire precisă și o pregătire consecventă a îmbinării, deoarece acest proces creează o piscină de metal topit de dimensiuni mici, care are o toleranță redusă la distanțele dintre margini sau la nealinierea acestora. Îmbinările cap la cap necesită un contact aproape perfect între margini, îmbinările suprapuse necesită suprafețe curate de suprapunere, iar îmbinările în colț beneficiază de un acces precis la colț. Marginile, colțurile și teșiturile trebuie să fie uniforme pentru o penetrare completă, iar punctele de sudare temporare asigură menținerea alinierii pieselor în timpul sudării la viteză mare. Prin urmarea acestor reguli privind proiectarea îmbinărilor și potrivirea acestora, sudurile din oțel inoxidabil vor fi rezistente, precise și estetice.