Applikation av lasersvetsning på rostfritt stål 1

Varför använda laserlödning för rostfritt stål?

Laserlödning erbjuder flera fördelar som gör den till en av de mest effektiva metoderna för att sammanfoga rostfritt stål. Dess unika kombination av hastighet, precision och minimal värmeinverkan ger resultat som är svåra att uppnå med konventionella lödningsmetoder.

Låg deformation och minimal värmefärgning: Rostfritt stål är känsligt för värme, och för mycket värmepåverkan kan orsaka buckling, restspänningar eller oattraktiv färgförändring. Laserlödningens koncentrerade värmekälla skapar en smal värmepåverkad zon (HAZ), vilket kraftigt minskar deformationen. Den kontrollerade värmeprofilen begränsar också värmefärgningen, bevarar metallets korrosionsmotstånd och minskar eller eliminerar behovet av rengöring efter lödningen.

Hög hastighet och automatiseringsvänlighet: Laser svetsning kan utföras i höga körhastigheter, vilket gör den idealisk för storskalig tillverkning. Processen integreras lätt i automatiserade produktionslinjer, där robotar levererar konsekventa svetsar utan operatörsutmattning. Detta förbättrar produktionsvolymen samtidigt som kvaliteten upprätthålls.

Utmärkt precision: Laserstrålen kan fokuseras till en mycket liten punktstorlek, vilket möjliggör exakt placering av svetsar. Detta är avgörande vid arbete med tunna rostfria stålprofiler, komplexa design eller komponenter där toleransen för fel är minimal.

Tillgång och enkelriktad svetsning: Till skillnad från vissa traditionella svetsmetoder kräver lasersvetsning ofta tillgång endast från en sida av förbandet. Detta gör den värdefull för komplexa sammanställningar eller områden med begränsad tillgänglighet.

Rent process: Laser svetsning är en kontaktfri process som ger minimala gnistsprut, ångor eller föroreningar. Detta förbättrar inte bara säkerheten och renligheten på fabriksgolvet utan minskar också behovet av omfattande efterbehandling efter svetsning.

Laser svetsning av rostfritt stål kombinerar hastighet, precision och minimal värmepåverkan, vilket resulterar i starka, visuellt rena svetsar med minskad reparation. Dess kompatibilitet med automatisering och enkelriktad tillgång gör den till ett idealiskt val för både massproduktion och specialiserade applikationer, vilket erbjuder långsiktiga kvalitets- och effektivitetsfördelar.

Familjer av rostfritt stål och vad de innebär för svetsning

Rostfritt stål är indelat i familjer baserat på deras kristallstruktur och legeringsinnehåll. Dessa skillnader påverkar direkt deras svetsbarhet, respons på värme och slutliga mekaniska egenskaper. Vid lasersvetsning är det avgörande att förstå dessa egenskaper för att undvika defekter såsom sprickor, deformation, förlust av korrosionsmotstånd eller ojämn fasfördelning.

Austenitisk

Struktur & sammansättning: Centrerad kubisk struktur (FCC), innehåller vanligtvis 16–26 % krom och 6–12 % nickel. Märken inkluderar 304, 316 och 310.

Svetsbarhet: Utmärkt svetsbarhet och duktilitet, men hög termisk expansion kan orsaka deformation. Låg värmeledningsförmåga kan också leda till lokal överhettning om parametrarna inte kontrolleras.

Laser Svetsöverväganden: Håll värmepåförseln låg för att minimera buckling. Använd skyddsgasblandningar (t.ex. argon-helium) för att förbättra penetrationen och minska oxidation. Undvik sensibilisering genom att kontrollera mellanpassningstemperatur och svaltningshastighet.

Applikationer: Utrustning för livsmedelsindustrin, kemikaltankar, arkitektonisk klädsel.

Ferritisk

Struktur & sammansättning: Kroppscentrerad kubisk struktur (BCC) med 10,5–30 % krom, mycket lite eller ingen nickel. Vanliga märken: 409, 430.

Svetsbarhet: Måttlig svetsbarhet – benägen till kornväxt och sprödhet i värmepåverkandet zon (HAZ). Låg termisk expansion innebär mindre deformation än austenitiska legeringar.

Laser Svetsöverväganden: Håll låg värmepåverkan och snabb kylning för att undvika grova korn. Tillsatsmetaller är ofta onödiga men kan användas för att förbättra seghet i tjocka sektioner.

Tillämpningar: Bilars avgassystem, industriella apparater, dekorativa lister.

Martensitisk

Struktur & Sammansättning: BCC/tetragonal struktur med 11,5–18 % krom och högre kolhalt. Vanliga kvaliteter: 410, 420, 440C.

Svetsbarhet: Svårare att svetsa på grund av hårdhet och sprödhet. Hög risk för kallsprickor i HAZ.

Laser Svetsöverväganden: Uppvärmning till 150 –300℃ för att minska hårdhetsgradienter. Använd eftervärmning efter svetsning för att återställa seghet. Tillsatsmaterial med lägre kolhalt kan hjälpa till att minska sprickkänslighet.

Tillämpningar: Turbinblad, knivar, kirurgiska instrument.

Utfällningshärdning (PH)

Struktur & Sammansättning: Martensitisk eller halvaustenitisk struktur med ytterligare legeringselement (t.ex. Cu, Al, Nb, Ti) som möjliggör åldershärdning. Exempel: 17-4PH.

Svetsbarhet: God svetsbarhet, men mekaniska egenskaper beror i stor utsträckning på värmebehandling.

Laser Svetsöverväganden: Svetsa i lösningshärdat tillstånd, och utför därefter åldring efter svetsning för att återfå hållfastheten. Undvik exessiv värmepåverkan för att förhindra överåldring eller deformation.

Användningsområden: Luftfartsdelar, höghållfasta axlar, raffinaderiutrustning.

Duplex och Super Duplex

Struktur & Sammansättning: Ungefär 50/50 austenitisk och ferritisk fas, med hög kromhalt (19–32 %), molybden och kväve för förbättrad korrosionsbeständighet. Vanliga kvaliteter: 2205, 2507.

Svetsbarhet: God svetsbarhet men känslig för fasoobalans – för mycket värme kan orsaka att ferrit- eller sigmafas dominerar, vilket minskar korrosionsbeständighet och seghet.

Laser Svetsöverväganden: Använd kontrollerad, måttlig värmepåverkan och håll mellanpass temperaturen under ~150 ℃. Skärmgasens renhet är avgörande för att undvika kväveförluster.

Användningsområden: Främtoffshoreplattformar, avsaltningsanläggningar, kemisk processutrustning.

Varje familj av rostfritt stål reagerar olika på den koncentrerade värmen från lasersvetsning. Austenitiska stål svetsas lätt men deformeras lätt, ferritiska är stabila men riskerar kornförgrovning, martensitiska kräver förvärmning och glödgning, PH-legeringar behöver åldrande efter svetsning, och dubbelstål kräver strikt fasreglering. Att välja rätt laserparametrar, tillsatsmetaller och efterbehandling baserat på den specifika stålfamiljen säkerställer svetsar som behåller både styrka och korrosionsmotstånd.