Laserové svařovánídeformace je běžný problém, když se k roztavení kovu používá extrémně vysoké teplo. Zjistěte, jak minimalizovat zkreslení svaru a tipy, jak je opravit, když k nim dojde.
Laserové svařováníje výkonná technologie, která využívá teplo generované laserovou technologií k tavení dvou materiálů (např. ocelových plátů). Svařování čelí výzvě deformace svaru v důsledku přirozené reakce kovů na extrémní teplo. Jedná se o deformaci, která narušuje integritu roztaveného kovu. Naštěstí existují způsoby, jak minimalizovat zkreslení implementací parametrů svařovacího procesu.
V tomto článku se zaměříme na to, co je zkreslení svařování, co jej způsobuje a jak minimalizovat jeho účinky. Najdete zde také účinné tipy, které vám pomohou vypořádat se s účinky zkreslení svařování.
co jelaserové svařovánídeformace?
Deformace nebo deformace svaru zahrnuje změny tvaru a velikosti kovové konstrukce. Jedná se o přirozený efekt svařování. Když jsou kovylaserem svařovanéjsou vystaveny extrémně vysokému teplu, které způsobuje jejich tání. To způsobí, že se materiál roztáhne.
Když se roztavený kov ochladí na pokojovou teplotu, ztuhne a začne se smršťovat. Toto je zbytkové napětí. Pokud je zahřívání lokalizované a zbytek kovového povrchu se nezahřívá, nebude se roztahovat ani smršťovat stejným způsobem. To způsobuje zkreslení.
Materiály, které se po svařování snadno deformují
Chcete-li zjistit, proč je materiál náchylný ke zkreslení svařováním, musíte pochopit vlastnosti, které zkreslení ovlivňují. Některé materiály jsou náchylnější k deformaci díky fyzikálním i mechanickým vlastnostem.
1. Fyzikální vlastnosti jsou míry tepelné roztažnosti a tepelné vodivosti.
Tepelná roztažnost je pohyb kovu, když se roztahuje při zahřátí a smršťuje se při ochlazení. Pokud je koeficient vysoký, materiál se snadněji roztahuje a smršťuje – takže se bude více kroutit.
Tepelná vodivost na druhé straně měří tok tepla podél materiálu. Vysoká tepelná vodivost odvádí teplo rychleji. Protože přítomnost tepla může způsobit snadnou deformaci materiálů, nízká vodivost zvyšuje možnost deformace během svařování.
2. Z hlediska mechanických vlastností je třeba vzít v úvahu dva faktory, mez kluzu a modul pružnosti.
Mez kluzu se týká toho, jak velkému tlaku materiál vydrží v reakci na vnější síly. Proto materiály s vyšší mezí kluzu mají vyšší zbytková napětí a tím se snadněji deformují.
Modul pružnosti se týká schopnosti materiálu expandovat a smršťovat se. Vyšší modul pružnosti znamená, že materiál má větší schopnost odolávat deformaci.
Vezmeme-li v úvahu tyto vlastnosti, můžete předpokládat, že pokud má materiál vyšší koeficient tepelné roztažnosti, nižší tepelnou vodivost, vyšší mez kluzu a nižší modul pružnosti
Materiály, které se po svařování snadno deformují
Při srovnání nerezové oceli s uhlíkovou ocelí můžete předpokládat, že ta první je náchylnější k deformaci, protože má vyšší mez kluzu a koeficient tepelné roztažnosti a také nižší tepelnou vodivost.
Mezi hliníkem a mědí je první z nich náchylný k deformaci, protože má vyšší koeficient tepelné roztažnosti meze kluzu a nižší tepelnou vodivost.
Typy a příčinylaserové svařovánídeformace
Bylo provedeno několik studií k identifikaci skutečných příčin deformace po procesu laserového svařování. Podle studie 3 faktory významně ovlivňují výtěžnost laserového svařování: materiál, proces a geometrie.
Například,laserové svařovánídeformuje, protože svařovací parametry jsou aplikovány na kovový povrch různými způsoby. Rychlost svařování, proud, úhel atd. budou soustředěny na svařované díly. Při vzdalování se od svařovacího prostoru se teplo postupně snižuje a také se snižují tepelné efekty, jako je roztažnost kovu.
Lze tedy bezpečně předpokládat, že expanze se bude měnit v závislosti na intenzitě tepla přijímaného kovem. V uvedeném příkladu se svařovaná část roztahuje nejvíce, protože přijímá nejvíce tepla z laserového zdroje.
Když proces svařování skončí, kov začne chladnout a smršťovat se. Kov se bude i nadále smršťovat o stejnou hodnotu, jak se roztahuje. Toto se nazývá zbytkové napětí.
Pokud je napětí větší než mez kluzu základního materiálu, mohou nastat dva typy napětí.
Tlakové napětí vzniká v oblasti kolem okraje základního kovu.
Tahové napětí K tomu dochází, když kontrakci zahřátého kovu odolává zbytek povrchu kovu (nezahřátý povrch).
Abychom tomu lépe porozuměli, je nejlepší zvážit různé způsoby, jakými může dojít k deformaci po dokončení svařování.
1. Podélná deformace
Jak název napovídá, k této deformaci dochází po délce svařovaného materiálu. Při chladnutí se svar a oblast kolem něj smršťují. V důsledku toho se obrobek zkrátí. To způsobí, že vnější okraje budou vypadat delší a střední část bude vypadat obloukovitě.
Zejména pokud není obrobek správně upevněn, bude deformace maximální.
2. Boční zkreslení
K tomuto typu zkreslení dochází, když jsou okraje kovu přitaženy k sobě. Tato deformace je způsobena smrštěním přesahujícím roztažnost, ke které původně došlo při laserovém svařování.
3. Úhlové zkreslení
Ke zkreslení úhlu dochází, když se úhel kovové desky změní v důsledku smrštění po dokončení svařovacího úkolu. Okraje plechu jsou na jedné straně přitaženy k sobě, čímž se materiál jeví jako zakřivený.
Pokud svar spojuje kov pod svislým úhlem, svislý kov se nebude jevit rovný, ale spíše zakřivený.
4. Komplexní zkreslení
Tento typ je kombinací zvratů diskutovaných dříve. Vypadá to, že se bortí, ohýbá nebo deformuje. Jedná se o různé typy ohybů a deformací, které mohou narušit celistvost svařovaného materiálu. Bez ohledu na to, jak silný je kov, pokud laserové svařování způsobí jeho deformaci, svar selže.
10 způsobů, jak minimalizovat deformaci svaru
I když je zkreslení nevyhnutelné, neznamená to, že nemůžete nic udělat, abyste ho minimalizovali. Stejně jako existují různé typy deformací, existují také různé způsoby, jak zabránit deformaci nerezové oceli a jiných kovů. To nemá nic společného s pevností zvolené oceli. Mnohem důležitější je, co děláte před, během a po svařovacím úkolu.
Zde je 10 různých svařovacích nápadů, které můžete použít.
1. Vyhněte se nadměrnému svařování
Svařování velkých ploch zvyšuje smršťování, ke kterému dochází. To je důvod, proč byste si měli naplánovat proces laserového svařování, zvláště když potřebujete pracovat na velkých plochách. Úprava rozměrů povrchu minimalizuje zkreslení při svařování a zbytková napětí, čímž se zabrání plýtvání kovem a časem.
2. Použijte přerušované svařování
Jedná se o techniku, která ponechává prostor mezi svary. Místo souvislého svaru svaříte palec a poté necháte místo pro nesvařený kov, než uděláte další svar. To může účinně snížit deformaci po dokončení svařování.
3. Snižte počet převodů
Dalším způsobem, jak se vyhnout zkreslení, je omezit počet průchodů v procesu svařování. Ujistěte se, že stačí jednou, aby nedošlo k deformaci. Můžete zkusit provést jeden velký svarový průchod namísto několika malých svarových průchodů. Podle TWI větší jednotlivý svar produkuje menší úhlovou deformaci než svar tvořený více malými průchody
4. Zvažte místo svařování
Důležité je také místo svařování. V ideálním případě byste měli umístit svar blízko středu nebo neutrální osy materiálu. Tím se minimalizuje zkreslení, když se laserový svar začne smršťovat, protože dojde k menšímu vlivu, když se smršťovací síly pokoušejí vychýlit z vyrovnání.
5. Vyzkoušejte techniku zpětného svařování
Zpětné svařování je technika, kde je směr svařování zleva doprava, ale segmenty svarové housenky jsou ukládány zprava doleva. Tím se rozšíří okraje, kde jsou umístěny segmenty patky, aby se dočasně oddělil plech.
Když je pohyb zleva doprava dokončen, pokračování kuliček způsobí, že se expanze po dokončení procesu sníží. Jedná se o efektivní způsob, jak minimalizovat zkreslení.
6. Přednastavené svařovací díly
To bude zahrnovat určité testování, aby se zajistilo minimální zkreslení po dokončení svařování. Určete přednastavení požadované pro předchozí svařování, abyste mohli odhadnout smrštění, ke kterému dojde. To vám umožní provádět úpravy pro minimalizaci smrštění a zkreslení.
7. Vytvořte sekvenci svařování
Nepoužívejte pouze přímku ke svařování dílů. Vytvořte plánovanou sekvenci svařování, která může působit proti smršťování jiné části sestavovaného materiálu. Na základě vašich znalostí o tom, jak se kov smršťuje, můžete vytvořit sekvenci, která vyrovnává reakce, aby se zabránilo deformaci.
8. Upnutím součást zajistěte na místě
Další možností je použití přípravku při svařování dílů dohromady. Tím je zajistíte a zabráníte jejich deformaci expanzí nebo kontrakcí. Udržujte díly na místě, dokud nebude proces dokončen. Nedostatek pohybu snižuje zkreslení.
9. Zvažte snížení tepelného napětí
Jedná se o technologii, která řídí ohřev a chlazení dílů spojovaných svařováním. To je, když zvýšíte teplotu a ovládáte namáhání řízení chlazení tím, že jej nosíte při svařování produktu.
10. Zkraťte dobu svařování
Můžete také zkrátit dobu svařování, abyste snížili riziko deformace. To by bylo náročné, pokud byste to dělali ručně. Díly, které svaříte jako první, před dokončením vychladnou. Pokud však máte mechanizované zařízení pro svařování, můžete zkrátit dobu zpracování a udržet zkreslení na minimu.