Tillämpning av lasersvetsning på rostfritt stål 7

Fel: Orsaker och lösningar

Lasersvetsning av rostfritt stål erbjuder oöverträffad precision, men fel kan ändå uppstå om materialförberedelse, processparametrar eller skyddsgastillförsel inte är helt optimerade. Till skillnad från bågsvetsning stelnar det små smältbadet i lasersvetsning extremt snabbt, så även mindre störningar i energitillförsel eller skydd kan orsaka synliga eller dolda fel. Nedan följer en detaljerad översikt över vanliga feltyper, deras grundorsaker och beprövade korrigerande åtgärder.

Porositet

· Metallurgisk orsak: Gasbubblor (väte, syre, kväve) fångade i smältan vid stelningsprocessen. Väte är den vanligaste orsaken – ofta från fukt eller kolväten på fogytan.

· Laser-specifika utlösare:

1. Otillräcklig avfettning (skärvätskor, oljor, limrester).

2. Fuktabsorption från fuktiga miljöer.

3. Skyddsgasturbulens drar in omgivande luft.

· Åtgärder:

1. Rengöring: Rengör delar med lösningsmedel och torka omedelbart före svetsning.

2. Skydd: Säkerställ laminär gasflöde; använd större munstycken eller diffusorer för att förhindra turbulens.

3. Parameterjustering: Minska lätt framfartshastigheten för att ge gaser tid att undkomma innan stelnning; undvik överdriven nyckelhålsdjup som kan fånga gaser.

Hårdrevs sprickbildning (stelningsrispor)

· Metallurgisk orsak: Lågt ferrithalt i fullt austenitiska svetsar lämnar föroreningar koncentrerade vid korngränser under stelningsprocessen. Dragpåkänningar från krympning utlöser sprickor innan fullständig stelning.

· Laser-specifika utlösare:

1. Mycket höga svetshastigheter ger smala, fullt austenitiska stelningszoner.

2. Stela fixturer som begränsar krympning.

· Åtgärder:

1. Metallurgiskt: Använd tillsatsmaterial med högre ferritbildningsförmåga (t.ex. ER308L, ER316L) för att uppnå 3–8 % ferrit.

2. Spänningshantering: Minska inspänning i fixturerna; placera svetsar skiftvis för att sprida krympkrafterna.

3. Parameterjustering: Undvik extremt höga hastigheter i känsliga legeringar; justera strålfokuseringen för en något bredare svetsprofil.

Ofullständig sammanjämning / Otillräcklig penetration

· Metallurgisk orsak: Ofullständig smältning av fogytorna eller roten på grund av otillräcklig energitäthet eller dålig stråläge.

· Laser-specifika utlösare:

1. Defokuserad stråle på grund av felaktig fokalposition.

2. Feljustering mellan strålen och fogens mittlinje.

3. För hög hastighet

· Åtgärder:

1. Optik: Verifiera brännvidd och position; kontrollera om linsen är förorenad

2. Parametrar: Öka effekt eller minska hastighet; minska vaggamplitud om den är för stor

3. Sammanfogning: Förbättra fogförberedelse och säkerställ att glappet är <0,1 mm vid autogena svetsar

Underskärning / Undertäckning

· Metallurgisk orsak: Grundmaterialet smälter bort vid svetskanten utan tillräckligt med smält metall som fyller ut

· Laser-specifika utlösare:

1. Hög energitäthet kombinerat med snabb framförflyttning, vilket för bort kantmetallen

2. Excentrerad stråleposition

· Åtgärder:

1. Minska hastigheten eller strålepositionen för att förbättra benägningen

2. Använd tillsatsmaterial för att täcka glapp eller forma svetsens profil

3. Justera skyddsgasen för att undvika en överdriven plasmastråle som destabiliserar smältbadet.

Nyckelhålsinstabilitet / Sprak

· Metallurgisk orsak: Fluktuationer i ångkaviteten (nyckelhål) leder till kollaps eller utkastning av smält metall.

· Laser-specifika utlösare:

1. Överdriven effekttäthet orsakar våldsam förångning.

2. Föroreningar skapar ojämn absorption.

3. Felaktigt val av skyddsgas eller flöde som orsakar instabil stråle.

· Åtgärder:

1. Minska topp-effekttätheten något; justera fokuseringsläget för stabilitet.

2. Se till att ytor är fria från oxider och torra.

3. Använd heliumblandningar för att stabilisera nyckelhålet vid djuppenetration.

Missfärgning och oxidation

· Metallurgisk orsak: Krom i rostfritt stål oxiderar när het metall utsätts för syre, vilket bildar en värmeton som kan minska korrosionsmotståndet.

· Laser-specifika utlösare:

1. Otillräcklig skyddsgas täckning under och efter svetsning.

2. För hög mellanpass- eller svaltnings temperatur utan efterföljande skydd.

· Åtgärder:

1. Öka primärt skydd och lägg till efterföljande skärmar för att täcka den svalnande sömmen i 2–5 sekunder.

2. Använd gas med hög renhet (>99,99 %).

3. Minimera värmepåförding samtidigt som penetration bibehålls.

Överdriven deformation

· Metallurgisk orsak: Rostfritt ståls höga termiska expansionskoefficient förstärker även små temperaturförändringar, vilket ger krympningsspänningar.

· Laser-specifika utlösare:

1. För stark stråle i förhållande till fogtjocklek.

2. Långa, kontinuerliga svetsar utan balanserad sekvens.

· Åtgärder:

1. Minska värmepåförding genom justering av hastighet eller effekt.

2. Utför svetsning i följd för att balansera spänningar.

3. Använd fixturer med kontrollerad klämning som tillåter begränsad expansion utan att förlora justering.

Vid lasersvetsning av rostfritt stål orsakas de flesta defekter av en av fyra grundorsaker: förorening, dålig strålkontroll, felaktig värmepåförding eller otillräcklig skyddsgas. Porositet orsakas av föroreningar eller inneslutna gaser, varmrevor av dålig ferritkontroll och hög restringering, ofullständig sammanjämning av otillräcklig penetration, underkärning av dålig stråljustering, instabilitet i nyckelhål av instabila ångkaviteter, missfärgning av syretillgång och deformation av termisk obalans. Åtgärden är alltid målinriktad: eliminera grundorsaken, inte bara symtomet, genom att åtgärda förberedelse, parametrar och tillförsel av skyddsgas.