Застосування лазерного зварювання на нержавіючій сталі 2

Застосування лазерного зварювання нержавіючої сталі

Основи лазерного зварювання

Розуміння основ лазерного зварювання є ключовим для отримання міцних та стабільних зварних швів у нержавіючій сталі. Цей процес базується на точно контрольованих параметрах, які визначають глибину проплавлення, ширину шва та розмір зони термічного впливу. Наступні концепції описують, як лазер взаємодіє з нержавіючою сталлю, а також як різні налаштування впливають на результат.

Кондуктивний та ключовий режим

Кондуктивний режим: енергія лазера плавить поверхню металу, а тепло поширюється в матеріалі переважно за рахунок теплопровідності. Це формує мілкі, широкі шви з мінімальним випаровуванням — ідеально підходить для тонких перерізів, зварювання з низьким тепловим введенням та естетичних швів.

Ключовий режим: при вищій густині потужності лазер випаровує метал у фокальній точці променя, утворюючи невелику порожнину (ключову дірку). Промінь проникає глибоко, забезпечуючи вузькі, глибокі шви у товстих перерізах. Цей режим забезпечує максимальне проплавлення, але вимагає точного контролю, щоб уникнути пористості та нестабільності.

Неперервна хвиля (CW) проти імпульсного режиму

Неперервна хвиля (CW): Забезпечує постійну, неперервну потужність. Ідеальний вибір для довгих нерозривних швів, де важливі швидкість та стабільність проварювання — часто використовується на автоматизованих лініях виробництва.

Імпульсний режим: Передає енергію імпульсами. Корисний для деталей, чутливих до тепла, роботи з дрібними елементами або точкового зварювання. Імпульсне зварювання зменшує деформації та теплове забарвлення, що робить його придатним для прецизійних збірок і тонких нержавіючих компонентів.

Якість променя, розмір плями та енергія на одиницю довжини

Якість променя: Вища якість променя (вимірюється за допомогою M²) створює меншу та більш фокусовану пляму, що дозволяє виконувати більш точні зварні шви та глибше проварювання при меншій потужності.

Розмір плями: Менші плями збільшують густину енергії, підвищуючи проникнення. Більші плями розподіляють тепло, зменшуючи ризик прожогу тонких матеріалів.

Енергія на одиницю довжини: співвідношення потужності лазера і швидкості переміщення визначає загальний вхідний енергетичний рівень. Надмірна енергія викликає деформацію та надмірну зону термічного впливу; недостатня кількість призводить до слабкого або неповного зварювання.

Коливання та сканувальні оптичні системи

Зварювання з коливанням: передбачає коливання лазерного променя невеликими патернами під час руху уздовж шва. Покращує здатність перекриття зазорів, зменшує чутливість до вирівнювання та може створювати ширші, більш стійкі зварні шви.

Сканувальні оптичні системи: використовують дзеркала або гальванометри для швидкого переміщення лазерного променя по оброблюваній деталі. Дозволяють швидко змінювати патерни, виконувати кілька зварних точок та інтегруватися з автоматизованими системами. Особливо корисні у масовому виробництві та при обробці складних геометрій.

Ефективність лазерного зварювання залежить від способу контролю взаємодії променя з матеріалом. Термічний режим підходить для тонких та неглибоких зварних швів, у той час як ключовий режим забезпечує глибоке проникнення. Неперервний режим (CW) забезпечує швидкість і стабільність, а імпульсний режим дозволяє контролювати кількість тепла в делікатних деталях. Якість променя та розмір його фокусування визначають густину енергії, а відповідність енергії на одиницю довжини зварного шва є критичним фактором для досягнення міцності без деформацій. Просунуті технології, як-от коливальне зварювання та скануючі оптичні системи, підвищують гнучкість, що робить лазерне зварювання багатофункціональним інструментом для виготовлення виробів із нержавіючої сталі в різних галузях.

Правила проектування та підготовки зварних з'єднань

У лазерному зварюванні конструкція з'єднання та точність його підгонки безпосередньо впливають на якість зварного шву, глибину проплавлення та зовнішній вигляд. На відміну від деяких процесів дугового зварювання, лазерне зварювання має менший допуск на великі зазори або неправильне розташування деталей через вузький промінь та маленьку зону розплавлення. Вибір правильного типу з'єднання, правильна підготовка країв деталей та точна підгонка є ключовими для отримання міцних, бездоганних зварних швів із нержавіючої сталі.

Стикаті з'єднання

Опис: Дві деталі вирівняні в одній площині, з'єднані по краях.

Особливості лазерного зварювання: Найкраще працює з мінімальним або відсутнім зазором (<0,1 мм для тонких перерізів). Вимагає точної підготовки країв, щоб уникнути неповного зварювання. Режим ключового отвору часто використовується для товстих перерізів.

Застосування: Панелі з листового металу, посудини під тиском, трубопроводи.

Накладні з'єднання

Опис: Одна деталь накриває іншу, а лазер проникає крізь верхній шар у нижній.

Лазерне зварювання: Ефективне для з'єднання матеріалів різної товщини. Перекриття має бути рівномірним, а поверхні — чистими, щоб уникнути потрапляння забруднень. Невелике розфокусування може покращити рівномірність проварювання.

Застосування: Кузовні панелі автомобілів, корпуси, тонкостінні конструкції.

Кутові зварні шви

Опис: З'єднання деталей під кутом, зазвичай 90°, при цьому зварювальний матеріал наноситься в кут.

Лазерне зварювання: Ідеально підходить для автоматизації, але вимагає точного підгону з'єднань. Заокруглення країв може покращити доступ променя в важкодоступних місцях. Технологія зварювання з коливанням променя може допомогти рівномірно заповнити з'єднання.

Застосування: Рами, кронштейни, коробчасті конструкції.

Краї та кути

Опис: Включає кутові з'єднання та зварювання країв, де промінь здійснює зварювання матеріалу на межі його з'єднання.

Особливості лазерного зварювання: особливо чутливе до похибок вирівнювання. Низький вхідний тепл потрібен для мінімізації деформації, але необхідно ретельно закріплювати для збереження геометрії. Часто використовується для декоративних деталей із нержавіючої сталі завдяки чистим, добре видимим швам.

Фаски та підготовка

Опис: Скошені або підготовлені краї, які дозволяють глибше проникати або використовувати наповнювальний матеріал.

Особливості лазерного зварювання: Застосовується для більш товстих перерізів нержавіючої сталі, коли потрібне проникнення за один прохід. Кут фаски та корінь мають бути послідовними; надмірний скіс може знизити ефективність з'єднання.

Прихваточне зварювання

Опис: Маленькі тимчасові зварні шви, які утримують деталі в правильному положенні перед остаточним зварюванням.

Особливості лазерного зварювання: Запобігає руху деталей під час зварювання та мінімізує зміни зазорів. Лазерні прихватки виконуються швидко, з низьким рівнем деформації та легко піддаються автоматизації. Відстань між прихватками має відповідати товщині матеріалу й жорсткості з'єднання.

Зварювання лазером вимагає щільного прилягання та постійної підготовки зварних кромок, тому що цей процес утворює невелику зону розплавлення, яка майже не допускає зазорів або неправильного розташування. Кромки при стикових з’єднаннях мають бути майже ідеально суміщені, поверхні при нахлестуванні мають бути чистими, а кутові з’єднання потребують точного доступу до кутів. Кромки, кути та фаски мають бути однаковими для повного проварювання, а точкове зварювання забезпечує нерухомість деталей під час зварювання на високій швидкості. Дотримуючись цих правил проектування з’єднань та підготовки кромок, можна отримати міцні, точні та візуально чисті зварні шви з нержавіючої сталі.