Применение лазерной сварки на нержавеющей стали 7

Дефекты: причины и решения

Лазерная сварка нержавеющей стали обеспечивает беспрецедентную точность, но дефекты могут возникать, если подготовка материала, параметры процесса или подача защитного газа недостаточно оптимизированы. В отличие от дуговой сварки, расплавленная ванна при лазерной сварке очень маленькая и затвердевает чрезвычайно быстро, поэтому даже незначительные нарушения в подаче энергии или защите могут привести к видимым или скрытым дефектам. Ниже приведено подробное описание типов распространенных дефектов, их коренных причин и проверенных мер по устранению.

Порозность

· Металлургическая причина: пузырьки газа (водород, кислород, азот), застрявшие в расплавленном бассейне во время затвердевания. Водород является наиболее распространенным виновником, часто из-за влаги или углеводородов на поверхности сустава.

· Специфические лазерные триггеры:

1. Недостаточное обезжирение (жидкости для резки, масла, остатки клея).

2. Поглощение влаги из влажной среды.

3. Защита от турбулентности газа втягивает окружающий воздух.

· Исправления:

1. Чистота: Очищайте детали растворителем и тщательно просушивайте непосредственно перед сваркой.

2. Защита: Обеспечьте ламинарный поток газа; используйте более крупные сопла или диффузоры для предотвращения турбулентности.

3. Настройка параметров: Незначительно уменьшите скорость перемещения, чтобы обеспечить выход газов до затвердевания; избегайте чрезмерной глубины ключhole-образования, которая может привести к задерживанию газов.

Горячие трещины (трещины при затвердевании)

· Металлургическая причина: низкое содержание феррита в полностью аустенитных сварных швах приводит к концентрации примесей на границах зерен при затвердевании. Растягивающие напряжения от усадки вызывают трещины до полного затвердевания.

· Специфические лазерные триггеры:

1. Очень высокие скорости сварки приводят к узкому шву с полностью аустенитной структурой кристаллизации.

2. Жесткое приспособление, ограничивающее усадку.

· Исправления:

1. Металлургическое решение: используйте присадочный материал с более высоким потенциалом образования феррита (например, ER308L, ER316L) для достижения содержания феррита 3–8%.

2. Управление напряжениями: уменьшите жесткость закрепления в приспособлениях; выполняйте сварку поочередно, чтобы распределить силы усадки.

3. Настройка параметров: избегайте сверхвысоких скоростей при сварке чувствительных марок стали; скорректируйте фокусировку луча для получения немного более широкого профиля шва.

Несплавления / Неполного проплавления

· Металлургическая причина: неполное расплавление кромок соединения или корня шва из-за недостаточной плотности энергии или неправильного положения луча.

· Специфические лазерные триггеры:

1. Расфокусированный луч из-за неправильного положения фокуса.

2. Несоосность между лучом и центральной линией соединения.

3. Чрезмерная скорость перемещения.

· Исправления:

1. Оптика: проверьте фокусное расстояние и положение; проверьте загрязнение линзы.

2. Параметры: увеличьте мощность или уменьшите скорость перемещения; уменьшите амплитуду колебаний, если она чрезмерна.

3. Подгонка: улучшите подготовку соединения и обеспечьте зазор <0,1 мм для автогенных сварных швов.

Недолив / подрез

· Металлургическая причина: расплавление основного металла у кромки шва без достаточного заполнения расплавленным металлом.

· Специфические лазерные триггеры:

1. Высокая плотность энергии в сочетании с высокой скоростью перемещения, что приводит к вымыванию металла кромки.

2. Смещение луча от центра.

· Исправления:

1. Уменьшите скорость перемещения или смещение луча для улучшения смачивания.

2. Добавьте присадочную проволоку для перекрытия зазора или формирования валика.

3. Отрегулируйте защитный газ, чтобы избежать чрезмерного плазменного факела, который дестабилизирует расплавленную ванну.

Нестабильность ключевого отверстия / Разбрызгивание

· Металлургическая причина: колебания паровой полости (ключевое отверстие) приводят к обрушению или выбросу расплавленного металла.

· Специфические лазерные триггеры:

1. Чрезмерная плотность мощности вызывает интенсивное испарение.

2. Загрязнение вызывает неравномерное поглощение.

3. Неправильный выбор защитного газа или его расхода, приводящий к нестабильному факелу.

· Исправления:

1. Немного снизьте пиковую плотность мощности; отрегулируйте положение фокуса для обеспечения стабильности.

2. Убедитесь, что поверхности свободны от оксидов и сухие.

3. Используйте смеси с гелием для стабилизации ключевого отверстия в режиме глубокого проплавления.

Потемнение и окисление

· Металлургическая причина: хром в нержавеющей стали окисляется при воздействии кислорода на раскалённый металл, образуя цвета побежалости, которые могут снижать коррозионную стойкость.

· Специфические лазерные триггеры:

1. Недостаточное газовое экранирование во время и после сварки.

2. Слишком высокая температура между проходами или охлаждения без заднего защитного экрана.

· Исправления:

1. Увеличьте основную газовую защиту и добавьте задние щитки, чтобы закрыть затвердевающий шов на 2–5 секунд.

2. Используйте газ высокой чистоты (>99,99%).

3. Сведите к минимуму тепловложение, сохраняя проплавление.

Чрезмерная деформация

· Металлургическая причина: высокий коэффициент теплового расширения нержавеющей стали усиливает даже незначительные изменения температуры, вызывая усадочные напряжения.

· Специфические лазерные триггеры:

1. Слишком мощный луч для толщины соединения.

2. Длинные сплошные швы без сбалансированной последовательности.

· Исправления:

1. Уменьшите тепловой ввод за счёт регулировки скорости или мощности.

2. Чередуйте сварные швы для выравнивания напряжений.

3. Используйте приспособления с контролируемым зажимом, допускающие ограниченное расширение без потери соосности.

При лазерной сварке нержавеющей стали большинство дефектов возникает по одной из четырёх основных причин: загрязнение, плохой контроль луча, неправильный тепловой ввод или недостаточная защита. Пористость вызвана загрязнением или захватом газа, горячие трещины — плохим контролем феррита и высоким уровнем жёсткости, непровар — недостаточной глубиной проплавления, подрез — неправильным положением луча, нестабильность ключевого отверстия — нестабильными паровыми полостями, потемнение — воздействием кислорода, а деформация — термическим дисбалансом. Решение всегда целенаправленное: устраняйте коренную причину, а не только симптом, путём улучшения подготовки, параметров и подачи защитного газа.