Uporaba laserskega varjenja na nehrustnem jeklu 1

Zakaj uporabiti laserjsko varjenje nehrjavečega jekla?

Laserjsko varjenje ponuja več prednosti, zaradi katerih je ena najučinkovitejših metod za varjenje nehrjavečega jekla. Njegova edinstvena kombinacija hitrosti, natančnosti in minimalnega toplotnega vpliva zagotavlja rezultate, ki jih z običajnimi metodami varjenja težko dosežeš.

Nizka deformacija in minimalno toplotno obarjanje: Nehrjavajoče jeklo je občutljivo na toploto in prekomerna toplotna obremenitev lahko povzroči ukrivljanje, ostale napetosti ali neprijetno pobarvanje. Koncentriran toplotni vir pri laserjskem varjenju ustvari ozko toplotno vplivno območje (HAZ), kar močno zmanjša deformacijo. Nadzorovani temperaturni profil omejuje tudi toplotno obarjanje, ohranja odpornost kovine proti koroziji in zmanjša ali odpravi čiščenje po varjenju.

Visoka hitrost in prijaznost do avtomatizacije: Laserjsko varjenje je mogoče izvajati pri visokih voznih hitrostih, kar ga naredi primerno za masovno proizvodnjo. Postopek se lahko enostavno vključi v avtomatske proizvodne linije, pri čemer robotski sistemi zagotavljajo enakomerno kakovost varov brez utrujenosti operaterja. S tem se izboljša kapaciteta proizvodnje ob ohranjanju kakovosti.

Izvrstna natančnost: Laserjski žarek je mogoče osredotočiti na zelo majhno točko, kar omogoča natančno postavljanje varov. To je ključno pri delu s tankimi nevtrdnečimi jeklenimi profili, zapletenimi konstrukcijami ali deli, kjer je dopustna napaka minimalna.

Dostop in enostransko varjenje: Za razliko od nekaterih tradicionalnih metod varjenja, laserjsko varjenje pogosto zahteva dostop samo z ene strani spoja. To ga naredi vrednega za uporabo pri zapletenih sestavkih ali območjih z omejenim dostopom.

Čist proces: Laserjevanje je proces brez stika, ki povzroča minimalno iskrenje, pare in onesnaženje. To ne samo izboljša varnost in čistost na delovnem mestu, temveč tudi zmanjša potrebo po obsežnem zaključnem obdelovanju po varjenju.

Laserjevanje nehrjavečega jekla združuje hitrost, natančnost in minimalen toplotni vnos, kar ima za posledico močne, vizualno čiste šive z manjšo potrebo po popravkih. Zaradi združljivosti z avtomatizacijo in dostopnostjo z ene strani je idealna izbira tako za masovno proizvodnjo kot za specializirane aplikacije, pri čemer zagotavlja dolgoročne prednosti kakovosti in učinkovitosti.

Družine nehrjavečih jekel in njihov pomen za varjenje

Nehrjaveča jekla so razdeljena v družine glede na njihovo kristalno strukturo in zlitinsko sestavo. Te razlike neposredno vplivajo na njihovo zvarljivost, odziv na toploto in končne mehanske lastnosti. Pri laserjevanju je razumevanje teh lastnosti ključno za preprečevanje napak, kot so razpoke, deformacije, izguba odpornosti proti koroziji ali neravnovesje faz.

Austingenski

Struktura in sestava: Ploskovno centrirana kubična (FCC) struktura, ki vsebuje 16–26 % kroma in 6–12 % niklja. Vključuje kakovostne razrede 304, 316 in 310.

Zvarljivost: Odlična zvarljivost in duktilnost, vendar lahko visoka toplotna razteznost povzroči deformacije. Nizka toplotna prevodnost lahko prav tako povzroči lokalno pregrevanje, če parametri niso pod nadzorom.

Razmisleki o laserskem varjenju: Ohranite nizek toplotni vnos, da zmanjšate ukrivljanje. Uporabite mešanice zaščitnih plinov (npr. argon-helij), da izboljšate penetracijo in zmanjšate oksidacijo. Izogibajte se sensibilizaciji z nadzorom temperature med prehodi in hitrosti hlajenja.

Uporaba: Oprema za obdelavo živil, kemijski rezervoarji, arhitekturna obloga.

Ferritski

Struktura in sestava: Prostorsko centrirana kubična (BCC) struktura z 10,5–30 % kroma, zelo malo ali brez niklja. Pogosti razredi: 409, 430.

Zvarljivost: Zmerno zvarljivost – nagnjenost k rasti zrn in krhkosti v toplotno vplivnem območju (HAZ). Nizka toplotna razteznost pomeni manj deformacij v primerjavi z avstenitnimi razredi.

Priporočila za lasersko varjenje: Ohranite nizek toplotni vnos in hitro hlajenje, da preprečite grobozrnatost. Pomožni materiali so pogosto nepotrebni, vendar se lahko uporabijo za izboljšanje žilavosti v debelejših delih.

Uporaba: Sistemi za izpuh avtomobilov, industrijske naprave, okrasni profili.

Martenzitski

Struktura in sestava: BCC/tetragonalna struktura z 11,5–18 % kroma in višjo vsebnostjo ogljika. Pogoste kakovosti: 410, 420, 440C.

Zvarljivost: Težje zvarljiv zaradi trdote in krhkosti. Visoko tveganje za hladne razpoke v vplivnem območju.

Priporočila za lasersko varjenje: Predgrev do 150 –300℃ da zmanjšate gradijente trdote. Uporabite popačevalno žarjenje po varjenju za obnovo žilavosti. Pomožni materiali z nižjo vsebnostjo ogljika lahko zmanjšajo občutljivost na razpoke.

Uporaba: Lopatice turbin, noži, kirurški instrumenti.

Odmakalno utrditev (PH)

Struktura in sestava: Martenzitska ali polaustenitska struktura z dodatnimi legirnimi elementi (npr. Cu, Al, Nb, Ti), ki omogočajo staritveno utrditev. Primer: 17-4PH.

Zvarljivost: Dobra zvarljivost, vendar mehanske lastnosti močno zaležejo od toplotne obdelave.

Ogled z varjenjem z laserjem: Varjajte v stanju raztopine, nato izvedite staranje po varjenju, da obnovite trdnost. Izogibajte se prevelikemu toplotnemu vhodu, da preprečite preveliko staranje ali deformacijo.

Uporaba: Sestavni deli za letalsko industrijo, visokotrdni vratila, petrokemijska oprema.

Duplex in Super Duplex

Struktura in sestava: Približno 50/50 avstenitne in feritne faze, z visokim deležem kroma (19–32 %), molibdena in dušika za izboljšano odpornost proti koroziji. Pogoste sorte: 2205, 2507.

Zvarljivost: Dobra zvarljivost, vendar občutljiva na neravnovesje faz – preveč toplote lahko povzroči prevlado ferita ali sigma faze, kar zmanjša odpornost proti koroziji in žilavost.

Ogled z varjenjem z laserjem: Uporabite nadzorovan zmerno toplotni vhod in ohranite temperaturo med prehodi pod ~150 ℃. Čistost zaščitnega plina je ključna, da se prepreči izguba dušika.

Uporaba: Offshore platforme, naprave za opresnjevanje vode, kemijska procesna oprema.

Vsaka osebna inženirska družina se različno odzove na koncentrirano toplino laserskega varjenja. Austeniti so enostavni za varjenje, vendar se hitro deformirajo, feriti so stabilni, vendar obstaja nevarnost zrnatosti, martenziti zahtevajo predgrejanje in žarjenje, PH razredi potrebujejo staranje po varjenju, dupleksni tipi pa zahtevajo strogo kontroliranje faz. Izbira ustrezne laserske parametre, dodatne kovine in obdelave po varjenju glede na specifično družino zagotavlja varjene šive, ki ohranjajo tako trdnost kot odpornost proti koroziji.