Išsamus nerūdijančio plieno lazerinio suvirinimo techninis vadovas

Inžinieriams, gamintojams ir operacijų vadovams iššūkis yra nuolatinis: kaip sujungti nerūdijančio plieno komponentus be deformacijos, spalvos pakitimo ir sumažėjusio atsparumo korozijai, kurie būdingi įprastiems metodams. Sprendimas yra...nerūdijančio plieno lazerinis suvirinimas, transformuojanti technologija, užtikrinanti neprilygstamą greitį, tikslumą ir kokybę, su kuria negali lygintis tradicinis TIG ir MIG suvirinimas.

Lazerinis suvirinimas naudoja labai koncentruotą šviesos spindulį nerūdijančiam plienui išlydyti ir sulydyti, naudojant minimalų, kontroliuojamą šilumos tiekimą. Šis tikslus procesas tiesiogiai išsprendžia pagrindines šilumos deformacijos ir suvirinimo apimties problemas.

Pagrindiniai nerūdijančio plieno lazerinio suvirinimo privalumai:

• Išskirtinis greitis:Veikia 4–10 kartų greičiau nei TIG suvirinimas, todėl ženkliai padidėja našumas ir našumas.

• Minimalus iškraipymas:Koncentruotas karštis sukuria labai mažą karščio paveiktą zoną (HAZ), kuri smarkiai sumažina arba panaikina deformaciją, išsaugant detalės matmenų tikslumą.

• Aukščiausia kokybė:Sukuria švarias, tvirtas ir estetiškai patrauklias suvirinimo siūles, kurioms po suvirinimo reikia mažai arba visai nereikia šlifuoti ar apdoroti.

• Išsaugotos medžiagos savybės:Mažas šilumos tiekimas išlaiko nerūdijančio plieno būdingą stiprumą ir kritinį atsparumą korozijai, užkertant kelią tokioms problemoms kaip „suvirinimo siūlės irimas“.

Šiame vadove pateikiamos ekspertų žinios, reikalingos norint pereiti nuo pagrindinio supratimo prie užtikrinto taikymo, užtikrinant, kad galėtumėte išnaudoti visą šios pažangios gamybos technikos potencialą.

Lazerinis suvirinimasir tradiciniai metodai: tiesioginis palyginimas

Tinkamo suvirinimo proceso pasirinkimas yra labai svarbus projekto sėkmei. Štai kaip lazerinis suvirinimas skiriasi nuo TIG ir MIG nerūdijančio plieno srityje.

Lazerinis suvirinimas ir TIG suvirinimas

Suvirinimas volframo elektrodu inertinių dujų (TIG) metodu žinomas dėl aukštos kokybės rankinio suvirinimo siūlių, tačiau gamybos aplinkoje jam sunku atsilikti.

• Greitis ir našumas:Lazerinis suvirinimas yra žymiai greitesnis, todėl tai yra aiškus pasirinkimas automatizuotai ir didelio masto gamybai.

• Šiluma ir iškraipymas:TIG lankas yra neefektyvus, išsklaidytas šilumos šaltinis, sukuriantis didelę HAZ ir sukeliantis didelius iškraipymus, ypač dirbant su plonu metalo lakštu. Sufokusuotas lazerio spindulys apsaugo nuo šios plačiai paplitusios šilumos žalos.

• Automatizavimas:Lazerines sistemas iš esmės lengviau automatizuoti, todėl galima gaminti didelius kiekius, kartotinai, reikalaujant mažiau rankinio darbo įgūdžių nei TIG metodu.

Lazerinis suvirinimas ir MIG suvirinimas

Metalo inertinių dujų (MIG) suvirinimas yra universalus, didelio nusodinimo procesas, tačiau jam trūksta lazerio tikslumo.

• Tikslumas ir kokybė:Lazerinis suvirinimas yra bekontaktis procesas, kurio metu gaunami švarūs, be taškymosi suvirinimo siūlės. MIG suvirinimas yra linkęs į taškymąsi, todėl po suvirinimo reikia atlikti valymą.

• Tarpo tolerancija:MIG suvirinimas yra atlaidesnis prastam jungčių sujungimui, nes suvirinimo viela veikia kaip užpildas. Lazerinis suvirinimas reikalauja tikslaus išlyginimo ir griežtų tolerancijų.

• Medžiagos storis:Nors didelio galingumo lazeriai gali apdoroti storus profilius, MIG dažnai yra praktiškesnis labai sunkioms plokštėms. Lazerinis suvirinimas puikiai tinka plonoms ir vidutinio storio medžiagoms, kur labai svarbu kontroliuoti iškraipymą.

Palyginimo lentelė akimirksniu

Suvirinimo mokslas: pagrindinių principų paaiškinimas

Norint įvaldyti šį procesą, labai svarbu suprasti, kaip lazeris sąveikauja su nerūdijančiu plienu. Jis daugiausia veikia dviem skirtingais režimais, kuriuos lemia galios tankis.

Laidumo režimas ir rakto skylutės režimas

• Laidinis suvirinimas:Esant mažesniam galios tankiui, lazeris kaitina medžiagos paviršių, o šiluma „praleidžia“ šilumą į detalę. Taip sukuriamas negilus, platus ir estetiškai lygus suvirinimo siūlės paviršius, idealiai tinkantis plonoms medžiagoms (iki 1–2 mm) arba matomoms siūlėms, kur išvaizda yra labai svarbi.

• Giluminio įsiskverbimo (rakto skylės) suvirinimas:Esant didesniam galios tankiui (apie 1,5 MW/cm²), lazeris akimirksniu išgarina metalą, sukurdamas gilią, siaurą ertmę, vadinamą „rakto skylute“. Ši skylutė sulaiko lazerio energiją, nukreipdama ją giliai į medžiagą, kad storesnėse dalyse būtų galima sukurti stiprius, visiškai įsiskverbiančius suvirinimo siūlus.

Nuolatinės bangos (CW) ir impulsiniai lazeriai

• Nuolatinė banga (CW):Lazeris skleidžia nuolatinį, nepertraukiamą energijos spindulį. Šis režimas puikiai tinka ilgoms, nenutrūkstamoms siūlėms kurti dideliu greičiu automatizuotoje gamyboje.

• Impulsinis lazeris:Lazeris energiją skleidžia trumpais, galingais pliūpsniais. Toks metodas užtikrina tikslų šilumos tiekimo valdymą, sumažina HAZ ir idealiai tinka suvirinti subtilius, karščiui jautrius komponentus arba kurti persidengiančias taškines suvirinimo siūles, užtikrinančias tobulą sandarumą.

Žingsnis po žingsnio vadovas nepriekaištingam pasiruošimui

Lazerinio suvirinimo sėkmė nustatoma dar prieš aktyvuojant lazerio spindulį. Proceso tikslumas reikalauja kruopštaus pasiruošimo.

1 veiksmas: jungčių projektavimas ir montavimas

Skirtingai nuo lankinio suvirinimo, lazerinis suvirinimas turi labai mažą toleranciją tarpams ar nesutapimams.

• Jungčių tipai:Užpakalinės jungtys yra efektyviausios, tačiau joms reikalingas beveik nulinis tarpas (paprastai mažesnis nei 0,1 mm ploniems profiliams). Perdengimo jungtys yra tolerantiškesnės dėl pritaikymo skirtumų.

• Tarpų kontrolė:Per didelis tarpas neleis nedidelei išlydyto metalo vonelei užpildyti jungties, todėl suvirinimas bus nevisiškai suvirintas ir silpnas. Norėdami užtikrinti tobulą sulygiavimą, naudokite didelio tikslumo pjovimo metodus ir tvirtą prispaudimą.

2 veiksmas: paviršiaus valymas ir teršalų pašalinimas

Intensyvi lazerio energija išgarins bet kokius paviršiaus teršalus, įkalindama juos suvirinimo siūlėje ir sukeldama defektus, tokius kaip poringumas.

• Švara yra labai svarbi:Paviršius turi būti visiškai be alyvos, riebalų, dulkių ir klijų likučių.

• Valymo metodas:Prieš pat suvirinimą nuvalykite jungties vietą nepūkuota šluoste, suvilgyta lakiu tirpikliu, pavyzdžiui, acetonu arba 99 % izopropilo alkoholiu.

Įrenginio valdymas: pagrindinių suvirinimo parametrų optimizavimas

Norint pasiekti tobulą suvirinimo siūlę, reikia subalansuoti kelis tarpusavyje susijusius kintamuosius.

Parametrų triada: galia, greitis ir židinio padėtis

Šie trys nustatymai kartu lemia energijos sąnaudas ir suvirinimo profilį.

• Lazerio galia (W):Didesnė galia leidžia giliau įsiskverbti ir pasiekti didesnį greitį. Tačiau per didelė galia gali sukelti plonų medžiagų perdegimą.

• Suvirinimo greitis (mm/s):Didesnis greitis sumažina šilumos tiekimą ir deformaciją. Jei greitis per didelis, atsižvelgiant į galios lygį, medžiaga gali būti nevisiškai įsiskverbusi.

• Židinio pozicija:Tai reguliuoja lazerio taško dydį ir galios tankį. Fokusavimas ant paviršiaus sukuria giliausią ir siauriausią suvirinimo siūlę. Fokusavimas virš paviršiaus (teigiamas defokusavimas) sukuria platesnį ir seklesnį kosmetinį suvirinimo siūlės gylį. Fokusavimas po paviršiumi (neigiamas defokusavimas) gali pagerinti įsiskverbimą į storas medžiagas.

Apsauginių dujų pasirinkimas: argonas ir azotas

Apsauginės dujos apsaugo išlydytą suvirinimo vonelę nuo atmosferos užterštumo ir stabilizuoja procesą.

• Argonas (Ar):Dažniausias pasirinkimas, užtikrinantis puikią apsaugą ir sukuriantis stabilias, švarias suvirinimo siūles.

• Azotas (N2):Dažnai pirmenybė teikiama nerūdijančiam plienui, nes tai gali padidinti galutinės jungties atsparumą korozijai.

• Srauto greitis:Srauto greitis turi būti optimizuotas. Per mažas srautas neapsaugos suvirinimo siūlės, o per didelis – gali sukelti turbulenciją ir pritraukti teršalų. Įprastas pradinis srauto diapazonas yra 10–25 litrų per minutę (L/min.) greitis.

Parametrų pradiniai taškai: nuorodų lentelė

Toliau pateikiami bendrieji 304/316 austenitinio nerūdijančio plieno suvirinimo pradiniai taškai. Visada atlikite bandymus su atraižomis, kad tiksliai sureguliuotumėte suvirinimą pagal savo poreikius.

Kokybės kontrolė: dažniausiai pasitaikančių defektų šalinimo vadovas

Net ir taikant tikslų procesą, defektai gali atsirasti. Jų priežasties supratimas yra raktas į prevenciją.

Dažniausių lazerinio suvirinimo defektų nustatymas

• Poringumas:Maži dujų burbuliukai, įstrigę suvirinimo siūlėje, dažnai atsirandantys dėl paviršiaus užterštumo arba netinkamo apsauginių dujų srauto.

• Karštas krekingas:Centrinės linijos įtrūkimai, kurie susidaro suvirinimo siūlei kietėjant, kartais dėl medžiagos sudėties arba didelio terminio įtempio.

• Nepilnas įsiskverbimas:Suvirinimo siūlė neišlydoma per visą jungties gylį, dažniausiai dėl nepakankamos galios arba per didelio greičio.

• Nukirpimas:Griovelis, išsilydęs pagrindiniame metale suvirinimo krašte, dažnai atsirandantis dėl per didelio greičio arba didelio tarpo.

• Purslai:Iš suvirinimo vonios išsviesti išsilydę lašeliai, paprastai dėl per didelio galios tankio arba paviršiaus užterštumo.

Trikčių šalinimo lentelė: priežastys ir sprendimai

Paskutiniai žingsniai: valymas po suvirinimo ir pasyvavimas

Suvirinimo procesas pažeidžia tas savybes, kurios nerūdijantį plieną daro „nerūdijančiu“. Jų restauravimas yra privalomas paskutinis žingsnis.

Kodėl negalima praleisti apdorojimo po suvirinimo

Suvirinimo metu susidaranti šiluma sunaikina nematomą, apsauginį chromo oksido sluoksnį plieno paviršiuje. Dėl to suvirinimo siūlė ir aplinkinė pavojingų medžiagų zona tampa pažeidžiama rūdžių ir korozijos.

Pasyvavimo metodų paaiškinimas

Pasyvavimas yra cheminis apdorojimas, kuris pašalina paviršiaus teršalus ir padeda atkurti tvirtą, vienodą chromo oksido sluoksnį.

• Cheminis marinavimas:Tradicinis metodas, kai paviršiui valyti ir pasyvuoti naudojamos pavojingos rūgštys, tokios kaip azoto ir vandenilio fluorido rūgštis.

• Elektrocheminis valymas:Modernus, saugesnis ir greitesnis metodas, kurio metu vienu žingsniu valomas ir pasyvuojamas suvirinimo siūlė naudojant švelnų elektrolitikos skystį ir žemos įtampos srovę.

Svarbiausia saugumas: svarbiausios atsargumo priemonės lazeriniam suvirinimui

Dėl didelės lazerinio suvirinimo energijos kyla rimtų profesinių pavojų, kuriems reikalingi griežti saugos protokolai.

Paslėptas pavojus: šešiavalenčio chromo (Cr(VI)) garai

Kai nerūdijantis plienas kaitinamas iki suvirinimo temperatūros, lydinyje esantis chromas gali sudaryti šešiavalentį chromą (Cr(VI)), kuris garuose patenka į orą.

• Sveikatos rizika:Cr(VI) yra žinomas žmogaus kancerogenas, susijęs su padidėjusia plaučių vėžio rizika. Jis taip pat gali sukelti stiprų kvėpavimo takų, odos ir akių dirginimą.

• Poveikio ribos:OSHA nustato griežtą leistiną Cr(VI) poveikio ribą (PEL) – 5 mikrogramai kubiniame metre oro (5 µg/m³).

Esminės saugos priemonės

• Inžinerinės kontrolės priemonės:Veiksmingiausias būdas apsaugoti darbuotojus – nustatyti pavojų jo šaltinyje. Didelio efektyvumodūmų ištraukimo sistemaSu daugiapakopiu HEPA filtru būtina surinkti lazerinio suvirinimo metu susidarančias itin smulkias daleles.

• Asmeninės apsaugos priemonės (AAP):Visi toje zonoje esantys darbuotojai privalo dėvėti lazerio apsauginius akinius, skirtus konkrečiam lazerio bangos ilgiui. Jei dūmų ištraukimas negali sumažinti poveikio žemiau PEL, reikalingi patvirtinti respiratoriai. Suvirinimo darbai taip pat turi būti atliekami šviesai nepralaidžioje patalpoje su saugos blokatoriais, kad būtų išvengta atsitiktinio spindulio poveikio.

Dažnai užduodami klausimai (DUK)

Koks lazerio tipas yra geriausias nerūdijančio plieno suvirinimui?

Skaiduliniai lazeriai paprastai yra geriausias pasirinkimas dėl trumpesnio bangos ilgio, kurį nerūdijantis plienas lengviau sugeria, ir puikios spindulio kokybės, užtikrinančios tikslų valdymą.

Ar galima lazeriu suvirinti skirtingo storio nerūdijantį plieną?

Taip, lazerinis suvirinimas yra labai efektyvus sujungiant skirtingo storio medžiagas su minimaliu iškraipymu ir be perdegimo plonesnėje dalyje – užduotis, kurią labai sunku atlikti su TIG suvirinimu.

Ar nerūdijančio plieno lazeriniam suvirinimui reikalinga užpildo viela?

Dažnai ne. Lazerinis suvirinimas gali sukurti tvirtas, visiškai įsiskverbiančias suvirinimo siūles be užpildo (autogeniniu būdu), o tai supaprastina procesą. Užpildo viela naudojama, kai jungties konstrukcijoje yra didesnis tarpas arba kai reikalingos specifinės metalurginės savybės.

Koks maksimalus nerūdijančio plieno storis gali būti suvirintas lazeriu?

Didelės galios sistemomis vienu kartu galima suvirinti iki 6 mm (1/4 colio) ar net storesnio nerūdijančio plieno. Hibridiniai lazerinio lanko procesai gali suvirinti storesnes nei vienas colis (2,5 cm) dalis.

Išvada

Lazerinio suvirinimo privalumai, susiję su greičiu, tikslumu ir kokybe, daro jį puikiu pasirinkimu šiuolaikinei nerūdijančio plieno gamybai. Jis sukuria tvirtesnes, švaresnes jungtis su nežymiu iškraipymu, išsaugant medžiagos vientisumą ir išvaizdą.

Tačiau norint pasiekti šių pasaulinio lygio rezultatų, reikia holistinio požiūrio. Sėkmė yra didelio tikslumo gamybos grandinės kulminacija – nuo ​​kruopštaus jungčių paruošimo ir sistemingo parametrų kontrolės iki privalomo pasyvavimo po suvirinimo ir tvirto įsipareigojimo saugai. Įvaldę šį procesą, galite pasiekti naują efektyvumo ir kokybės lygį savo veikloje.