Процес ласерског заваривања алуминијумских легура

Склоп за заваривање

1. Зазор и неусклађеност склопа

Квалитет склапања је кључан за обезбеђивање квалитета заваривања. Прекомерни зазори при склапању или неусклађеност могу лако проузроковати недостатке као што су прогоревање, лоше формирање завара и непотпуно продирање. Зазор при склапању за угаоне и чеоне спојеве треба да буде што мањи. Табела 8-2 наводи захтеве за зазоре и неусклађеност код ручног ласерског аутогеног заваривања.

2.Заваривање тачкастим причвршћивањем

Да би се осигурале димензије радног предмета, смањила деформација и спречило неусклађеност подручја које се заварује услед торзионе деформације током заваривања, обично је потребно тачково заваривање пре заваривања. Исти поступак као и код формалног заваривања користи се за монтажно тачково заваривање. Дужина тачковних завара је 20–30 мм, а захтеви за квалитет тачковних завара (нпр. дубина и ширина продирања) су нижи него за формално заваривање. Већа брзина кретања се генерално користи за тачково заваривање него за формално заваривање. Под претпоставком да се обезбеди поуздано спајање тачковних завара, тачкови завари треба да буду равни, дуги и танки, и не смеју бити претерано велики, широки или високи. Тачкови завари такође захтевају одговарајућу заштиту како би се избегла оксидација.

3. Причвршћивачи и стеге

Ласерско заваривање се углавном користи зазаваривање танких плочаКод заваривања танких плоча, заваривање се обично врши на предњој страни радног предмета, са довољним топљењем на задњој страни да би се постигао добро обликован задњи завар. За избор параметара: низак унос топлоте може проузроковати непотпуно топљење на задњој страни; висок унос топлоте, уз обезбеђивање потпуног продирања на задњој страни, може довести до прогоревања због тежине растопљеног метала или несразмерне ширине топљења у односу на дебљину радног предмета. Да би се спречило прогоревање, ако радни предмет дозвољава стезање, треба користити стезаче за стезање радног предмета током заваривања танких плоча - притискањем предње стране и постављањем бакарне или нерђајуће челичне подлоге на задњу страну. Ово спречава промене у склопним размацима или неусклађеност узроковану деформацијом заваривања и избегава термички колапс. Када радни предмет има неравномерно одвођење топлоте по регионима због структурних разлога, употреба стезача за уравнотежење одвођења топлоте је такође ефикасна, са циљем да се формирају завари са уједначеним димензијама на предњој и задњој страни.

Избор параметара заваривања

Генерално, параметри ласерског заваривања укључују снагу ласера, ширину ласерског импулса, количину дефокусирања, брзину заваривања и заштитни гас.

1. Снага ласера

Постоји праг густине снаге ласера ​​код ласерског заваривања. Испод овог прага, дубина продирања је плитка; када се достигне или прекорачи, дубина продирања значајно се повећава. Плазма се генерише само када густина снаге ласера ​​на радном предмету пређе праг, што указује на стабилно дубоко продирање заваривања. Испод прага, долази само до површинског топљења (стабилно топлотно проводљиво заваривање). У близини критичног услова за формирање кључаонице, дубоко продирање и топлотно проводљиво заваривање се смењују, што резултира нестабилним процесом са великим флуктуацијама у дубини продирања. Снага ласера ​​је један од најкритичнијих параметара у ласерској обради и кључни фактор дубине продирања завара. За фиксни пречник фокусиране тачке, густина снаге ласера ​​је пропорционална снази ласера: већа снага повећава дубину продирања и брзину заваривања. Међутим, прекомерна снага узрокује озбиљно прегревање растопљеног базена, повећава ширину завара и зону утицаја топлоте (ЗТТ), и доводи до већег прскања, што може контаминирати сочиво за заваривање. Са великом снагом, површински слој се може загрејати до тачке кључања и значајно испарити у микросекундама, што га чини идеалним за процесе уклањања материјала као што су бушење, сечење и гравирање. Са мањом снагом, површини су потребне милисекунде да достигне тачку кључања, а основни слој се топи пре површинског испаравања, што олакшава добро заваривање топљењем.

2. Ширина ласерског импулса

Ширина ласерског импулса, или „ширина импулса“, је кључни параметар у импулсном ласерском заваривању. Одређује се дубином продора и ЗУТ: дуже ширине импулса повећавају ЗУТ, а дубина продора се повећава са квадратним кореном ширине импулса. Међутим, дуже ширине импулса смањују вршну снагу, па се генерално користе за заваривање проводљивошћу топлоте, формирајући широке, плитке заваре – посебно погодне за преклопне спојеве танких и дебелих плоча. Међутим, ниска вршна снага узрокује прекомерни унос топлоте, а сваки материјал има оптималну ширину импулса за максималну дубину продора.

3. Избор количине дефокусирања

Положај фокусиране тачке је кључан уласерско фузијско заваривањеКада је фокус изнад површине радног предмета, дубина продирања је мала, што отежава заваривање дубоким продирањем. Када је фокус испод површине, густина снаге унутар радног предмета је већа него на површини, што подстиче јаче топљење и испаравање, омогућавајући енергији да се пренесе дубље у радни предмет и повећава дубину продирања. Постоје два режима дефокусирања: позитивно дефокусирање (раван фокуса изнад радног предмета) и негативно дефокусирање (раван фокуса испод радног предмета). У пракси, за дебеле плоче које захтевају велику дубину продирања, користи се негативно дефокусирање, при чему је фокус ласера ​​обично 1–2 мм испод површине радног предмета. За танке плоче, пожељно је позитивно дефокусирање, са фокусом 1–1,5 мм изнад површине.

4. Брзина заваривања

Са осталим фиксираним параметрима, дубина продирања се смањује са повећањем брзине заваривања, док се ефикасност побољшава. Прекомерно високе брзине не задовољавају захтеве за продирање; претерано ниске брзине узрокују прекомерно топљење, широке заваре, прегревање зупчане зоне и повећану склоност ка топлим пукотинама.пулсирајуће ласерско заваривање, брзина је такође одређена максималном фреквенцијом импулса и потребним преклапањем тачака — свака наредна импулсна тачка мора се преклапати донекле. Дакле, за дату снагу ласера ​​и дебљину материјала, постоји оптималан опсег брзине, унутар којег се постиже максимална дубина продирања при одређеној брзини.

5. Заштитни гас

Инертни гасови се често користе за заштиту растопљеног базена током ласерског заваривања. Иако неки материјали можда не захтевају заштиту од површинске оксидације, већина примена јесте. Традиционално, Ar, N₂ и He се користе за ласерско заваривање легура алуминијума како би се спречила оксидација. Теоретски, He је најлакши са највећом енергијом јонизације, али при малој снази и великим брзинама, плазма је слаба, што минимизира разлике између гасова. Студије показују да под истим условима, N₂ лакше изазива формирање кључаонице услед егзотермних реакција са Al; резултујућа Al-NO тернарна једињења имају већу апсорпцију ласера. Међутим, чисти N₂ формира крхке Al-N фазе и поре у завареним спојевима. Инертни гасови, будући да су лагани, излазе без стварања пора, чинећи мешане гасове ефикаснијим. Недавно су се повећала истраживања о Al ласерском заваривању коришћењем смеша Ar-O₂ и N₂-O₂.

6. Апсорпција материјала

Апсорпција ласерске енергије материјала зависи од својстава као што су апсорптивност, рефлективност, топлотна проводљивост, температура топљења и температура испаравања, при чему је апсорптивност најкритичнија. Фактори који утичу на апсорптивност укључују:

Електрична отпорност: За полиране површине, апсорптивност је пропорционална квадратном корену отпорности, која варира са температуром.

Стање површине: Значајно утиче на апсорпцију и самим тим резултате заваривања.

Савети за употребу и табуи за ручно заваривање влакнастим ласером

1. Избегавајте зрачење лука

Ручни апарати за заваривање влакнастим ласеримаКористите влакнасте ласере класе 4 који емитују зрачење (1080±3) nm са излазном снагом већом од 1000 W (у зависности од модела). Директно или индиректно излагање може оштетити очи или кожу. Иако је невидљив, сноп може изазвати неповратно оштећење мрежњаче или рожњаче. Увек носите сертификоване заштитне наочаре за ласер када ласер ради. Никада не гледајте директно у излазну главу док је ласер укључен, чак ни са заштитним наочарима.

2. Подешавање параметара заваривања

Подесите ниску снагу ласера ​​на екрану осетљивом на додир (као што је приказано на слици 8-2). Поставите бакарну млазницу главе за заваривање на радни предмет и притисните прекидач горионика да бисте емитовали ласер за заваривање. Типични параметри: фреквенција ласера ​​5000Hz, брзина галванометра 300–600, кашњење гаса >100ms, 100% радни циклус за континуирано емитовање. Подесите ширину завара на основу размака при склапању; снага се може подесити од 0–1000W (0–100% од максимума). Након уноса параметара, кликните на „ОК“ и сачувајте да би подешавања ступила на снагу.

4. Не претерано повећавајте брзину заваривања

Завари се формирају померањем ласерског извора (видети слику 8-3). Дубина и ширина зависе од брзине и снаге, са типичним брзинама од 1–3 м/мин, што производи глатке површине без каменца са односом ширине и висине <1. За фиксну струју и напон, промена брзине директно утиче на унос топлоте, мењајући пенетрацију и ширину. Прекомерно високе брзине узрокују недовољно загревање, што доводи до смањене пенетрације, уске ширине, подкопавања, пора и непотпуне пенетрације.

Механичко чишћење: Користите четке од нерђајућег челика или пнеуматске точкове за уклањање оксида док се не постигне светло бела завршна обрада. Заваривати одмах након полирања; поново полирати ако је заваривање одложено >36 сати.

Хемијско чишћење: Уклоните оксиде хемијским реакцијама (методе се разликују у зависности од материјала). Табела 8-3 наводи методе хемијског чишћења легура алуминијума. Уклоните уље/прашину органским растварачима (бензин, изопропил алкохол) намакањем, брисањем и сушењем.

5. Минимизирајте порозност

Водоникове поре су честе код ласерског заваривања легура алуминијума. Смањите их уклањањем површинске влаге, уља и оксида. Продужавање времена хлађења растопљеног резервоара (повећањем ширине импулса) помаже у изласку гасова, јер брзи термички циклус ласерског заваривања ограничава ослобађање гаса. Избегавајте фокусне или негативне дефокусиране положаје, где интензивне реакције растопљеног резервоара и испаравање легуре повећавају порозност; користите блажу енергију путем подешеног дефокусирања да бисте смањили испаравање.

6. Обратите пажњу на положај држања бакље

Ручни ласерски горионици (видети слику 8-4) су тежи од ТИГ горионика и имају дебеле каблове, што узрокује замор оператера. За дуже заваривање, држите горионик обема рукама, држите млазницу у контакту са радним предметом, визуелно поравнајте завар и равномерно повлачите горионик према себи. Прилагодите положај на основу положаја заваривања како бисте смањили замор и број спојева.

7. Спречите повреде од ласера

Неправилно руковање може проузроковати несреће. Пратите ова правила:

Никада не гледајте у ласерску излазну главу током рада.

Не користитевлакнасти ласериу тамном/слабом окружењу.

Никада не усмеравајте лампу ка људима када је уређај активан.

Користите металне баријере унутар 3 метра од подручја заваривања.

Приступ зони заваривања треба ограничити само на оператере.

Носите заштитну опрему (сертификоване наочаре, маске, рукавице). Никада не гледајте у излазну главу док је ласер укључен, чак ни са наочарима.

Пажљиво рукујте гориоником и каблом (минимални радијус савијања > 200 мм).

Онемогућите тастер за ласерску емисију када се не користи.

Обезбедите квалитет млазнице за ефикасну заштиту од гаса:

Глатки унутрашњи зидови, концентрични са ласером.

Одмах замените деформисане млазнице како бисте одржали стабилно кретање горионика.

Величина отвора млазнице (видети слику 8-6) утиче на квалитет завара: већи отвори повећавају проток гаса, убрзавајући очвршћавање и повећавајући ризик од порозности/пуцања.

8. Избегавајте велике брзине за легуре осетљиве на пукотине

Ручно ласерско заваривањекористи аутогене, безжичне, осцилујуће галванометарске горионике. Велике брзине смањују пенетрацију, сужавају заварене спојеве, узрокују подрезивање и ремете покривеност заштитним гасом, погоршавајући заштиту. Користите ниже брзине за легуре осетљиве на пуцање.

9. Обезбедите квалитет спојева

Температурне разлике и заваривање без жице могу проузроковати прогоревање, кратере или пукотине у кратерима. Заварујте континуирано како бисте смањили прекиде; ако су прекиди неизбежни (нпр. промене положаја, сегментно заваривање), мало успорите (10 мм) пре заустављања како бисте спречили кратере. Поновите 20 мм иза претходног кратера ради преклапања и квалитета.

10. Пратите правилно кретање бакље

Повуците горионик према себи (од даљине ка ближе) без бочних осцилација. Одржавајте константну брзину док пратите конзистентно формирање завара. За вертикално заваривање, користите кретање надоле (не нагоре) како бисте постигли брзо очвршћавање и осигурали стабилно кретање.

11. Избегавајте подрезивање, мала удубљења и урушавање код преклопних завара

За преклопне заваре, подесите угао упада ласера ​​тако да галванометар покрива 2/3 вертикалне плоче (видети слику 8-7). Ово топи вертикалну плочу (као пунило) и 1/3 основне плоче путем проводљивости топлоте, формирајући завар довољно велике величине након хлађења. Лоши преклопни заварени спојеви слабе чврстоћу споја, смањују отпорност на пуцање или изазивају структурни квар – избегавајте подрезивање.

12. Смањите рефлективност код заваривања алуминијумских легура

Алуминијум рефлектује 60–98% ласерске енергије. Рефлективност нагло опада на тачки топљења и стабилизује се када се растопи. Апсорптивност се смањује са повећањем угла упада; максимална апсорпција се јавља при нормалном упаду (прилагодите за заштиту сочива). Смањите рефлективност уклањањем оксида механичким/хемијским чишћењем.

13. Правилна употреба заштитног гаса

Заштитни гас утиче на формирање, продирање и ширину завара. Већина гасова побољшава квалитет, али може имати недостатке:

Ar: Ниска енергија јонизације, високо формирање плазме (смањење ефикасности ласера), али инертан, јефтин и густ — ефикасно покрива растопљени базен (идеалан за општу употребу).

N₂: Умерена енергија јонизације (боље смањује плазму од Ar), али реагује са алуминијумом/угљеничним челиком формирајући крхке нитриде, смањујући жилавост (не препоручује се за ове материјале). Погодно за нерђајући челик, где нитриди повећавају чврстоћу.

14. Брзина протока заштитног гаса

Гас се избацује кроз млазницу под одређеним притиском. Хидродинамички дизајн млазнице и пречник излаза су кључни: довољно велики да покрију завар, али ограничени да би се спречио турбулентни ток (који увлачи ваздух и изазива порозност). За ручно ласерско заваривање, типична брзина протока је 7 л/мин. Прекомерни проток меша загађиваче у растопљени лонац, угрожавајући чистоћу гаса – изаберите исправну брзину протока.

15. Положај фокуса ласера

Позиција фокуса: Најмања тачка, највећа енергија – користити затачкасто заваривањеили захтеви за минималну величину тачке са ниском енергијом (видети слику 8-8).

Негативна дефокусација: Већа тачка (повећава се са удаљеношћу од фокуса) - погодна за континуирано заваривање дубоким продирањем и тачкасто заваривање дубоким продирањем.

Позитивна дефокусација: Већа тачка (повећава се са удаљеношћу од фокуса) - погодна за површинско заптивање или континуирано заваривање са ниском пенетрацијом.

Контрола заваривања са пуним пробојем: Мала промена боје на полеђини указује на добар квалитет; очигледне ознаке/пробоје узрокују прскање или дубоке жлебове код континуираног заваривања. Подесите фокус, енергију и облик таласа на основу узорака. Користите мање тачке за тање материјале како бисте избегли прогоревање.