Лазерная сваркаДеформация является распространенной проблемой, когда для плавления металла используется очень высокая температура. Узнайте, как минимизировать деформацию сварного шва, и получите советы о том, как ее исправить, если она возникает.
Лазерная сварка— это мощная технология, которая использует тепло, генерируемое лазерной технологией, для соединения двух материалов (например, стальных пластин). Сварка сталкивается с проблемой деформации сварного шва из-за естественной реакции металлов на сильное нагревание. Это деформация, которая нарушает целостность расплавленного металла. К счастью, есть способы минимизировать искажения, реализуя параметры сварочного процесса.
В этой статье мы сосредоточимся на том, что такое сварочная деформация, что ее вызывает и как минимизировать ее последствия. Вы также найдете эффективные советы, которые помогут устранить последствия сварочных деформаций.
Что такоелазерная сваркадеформация?
Сварная деформация или деформация предполагает изменение формы и размеров металлической конструкции. Это естественный эффект сварки. Когда металлылазерная сварка, они подвергаются воздействию чрезвычайно высокой температуры, которая приводит к их плавлению. Это приводит к расширению материала.
Когда расплавленный металл остывает до комнатной температуры, он затвердевает и начинает сжиматься. Это остаточное напряжение. Если нагрев локализован, а остальная часть металлической поверхности не нагрета, она не будет расширяться или сжиматься таким же образом. Это вызывает искажения.
Материалы, которые легко деформируются после сварки.
Чтобы определить, почему материал подвержен сварочным искажениям, необходимо понять свойства, влияющие на искажения. Некоторые материалы более подвержены деформации из-за как физических, так и механических свойств.
1. Физические свойства являются мерами теплового расширения и теплопроводности.
Тепловое расширение – это движение металла, поскольку он расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Если коэффициент высокий, материал легче расширяется и сжимается – поэтому он будет сильнее скручиваться.
С другой стороны, теплопроводность измеряет поток тепла вдоль материала. Высокая теплопроводность быстрее рассеивает тепло. Поскольку наличие тепла может привести к легкой деформации материалов, низкая проводимость увеличивает вероятность деформации во время сварки.
2. Что касается механических свойств, необходимо учитывать два фактора: предел текучести и модуль упругости.
Предел текучести показывает, какое давление может выдержать материал в ответ на внешние силы. Следовательно, материалы с более высоким пределом текучести имеют более высокие остаточные напряжения и, следовательно, легче деформируются.
Модуль упругости относится к способности материала расширяться и сжиматься. Более высокий модуль упругости означает, что материал обладает большей способностью сопротивляться деформации.
Принимая во внимание эти свойства, можно предположить, что если материал имеет более высокий коэффициент теплового расширения, меньшую теплопроводность, более высокий предел текучести и меньший модуль упругости.
Материалы, которые легко деформируются после сварки.
Сравнивая нержавеющую сталь с углеродистой, можно предположить, что первая более подвержена деформации, поскольку имеет более высокий предел текучести и коэффициент теплового расширения, а также меньшую теплопроводность.
Между алюминием и медью первый склонен к деформации, поскольку он имеет более высокий коэффициент теплового расширения предела текучести и более низкую теплопроводность.
Виды и причинылазерная сваркадеформация
Было проведено несколько исследований для выявления реальных причин деформации после процесса лазерной сварки. Согласно исследованию, на производительность лазерной сварки существенно влияют три фактора: материал, процесс и геометрия.
Например,лазерная сваркадеформируется, поскольку параметры сварки применяются к поверхности металла по-разному. Скорость сварки, ток, угол и т. д. будут сосредоточены на свариваемых деталях. По мере удаления от зоны сварки нагрев постепенно уменьшается, а также уменьшаются тепловые эффекты, такие как расширение металла.
Поэтому можно смело предположить, что расширение будет меняться в зависимости от интенсивности тепла, получаемого металлом. В приведенном примере сварная часть расширяется больше всего, поскольку она получает больше всего тепла от лазерного источника.
Когда процесс сварки закончится, металл начнет остывать и сжиматься. Металл будет продолжать сжиматься на ту же величину, что и при расширении. Это называется остаточным напряжением.
Если напряжение превышает предел текучести исходного материала, могут возникнуть два типа напряжения.
Сжимающее напряжение возникает в области края основного металла.
Растягивающее напряжение. Это происходит, когда сжатию нагретого металла сопротивляется остальная часть поверхности металла (ненагретая поверхность).
Чтобы лучше понять это, лучше всего рассмотреть различные способы возникновения деформации после завершения сварки.
1. Продольная деформация
Как следует из названия, эта деформация происходит по длине свариваемого материала. По мере остывания сварной шов и область вокруг него сжимаются. В результате заготовка станет короче. Из-за этого внешние края кажутся длиннее, а средняя часть — дугообразной.
Особенно если заготовка закреплена неправильно, деформация будет максимальной.
2. Боковое искажение
Этот тип искажения возникает, когда края металла тянутся друг к другу. Эта деформация вызвана усадкой, превышающей расширение, первоначально возникшее при лазерной сварке.
3. Угловое искажение
Угловое искажение возникает, когда угол металлической пластины изменяется из-за усадки после завершения сварочного задания. Края листового металла подтягиваются друг к другу с одной стороны, в результате чего материал кажется изогнутым.
Если сварной шов соединяется с металлом под вертикальным углом, вертикальный металл будет выглядеть не прямым, а изогнутым.
4. Сложные искажения
Этот тип представляет собой комбинацию особенностей, обсуждавшихся ранее. Похоже, что он коробится, сгибается или деформируется. Это различные виды изгибов и деформаций, которые могут нарушить целостность свариваемого материала. Независимо от того, насколько прочен металл, если лазерная сварка вызовет его деформацию, сварной шов не удастся.
10 способов минимизировать деформацию сварного шва
Хотя искажения неизбежны, это не значит, что вы ничего не можете сделать, чтобы их минимизировать. Так же, как существуют разные типы деформации, существуют также различные способы предотвращения деформации нержавеющей стали и других металлов. Это не имеет никакого отношения к прочности выбранной стали. Гораздо важнее то, что вы делаете до, во время и после сварки.
Вот 10 различных идей сварки, которые вы можете использовать.
1. Избегайте чрезмерной сварки.
Сварка больших площадей увеличивает возникающую усадку. Вот почему вам следует планировать процесс лазерной сварки, особенно если вам нужно работать на огромных поверхностях. Регулировка размеров поверхности сводит к минимуму сварочные искажения и остаточные напряжения, что позволяет избежать потерь металла и времени.
2. Используйте прерывистую сварку.
Это метод, при котором между сварными швами остается пространство. Вместо непрерывного сварного шва вы сварите дюйм, а затем оставите место для несваренного металла, прежде чем делать еще один сварной шов. Это может эффективно уменьшить деформацию после завершения сварки.
3. Уменьшите количество переводов
Другой способ избежать искажений — ограничить количество проходов в процессе сварки. Убедитесь, что одного раза достаточно, чтобы избежать деформации. Вы можете попробовать выполнить один большой проход сварки вместо нескольких маленьких проходов. Согласно TWI, одиночный сварной шов большего размера вызывает меньшую угловую деформацию, чем сварной шов, образованный несколькими небольшими проходами.
4. Продумайте место сварки.
Место сварки также имеет значение. В идеале сварной шов следует размещать близко к центру или нейтральной оси материала. Это сведет к минимуму искажения, когда лазерная сварка начнет сжиматься, поскольку будет меньше рычагов, поскольку силы усадки будут пытаться выйти из строя.
5. Попробуйте технику обратной сварки.
Обратная ступенчатая сварка — это метод, при котором направление сварки слева направо, а сегменты сварного шва наплавляются справа налево. Это позволит расширить края, где расположены сегменты бортов, и временно отделить листовой металл.
Когда движение слева направо будет завершено, продолжение бусинок приведет к уменьшению расширения по мере завершения процесса. Это эффективный способ минимизировать искажения.
6. Предварительно настроенные сварочные детали.
Это потребует некоторых испытаний, чтобы гарантировать минимальные искажения после завершения сварки. Определите предварительную настройку, необходимую для предыдущей сварки, чтобы оценить ожидаемую усадку. Это позволит вам внести коррективы, чтобы минимизировать усадку и искажения.
7. Создайте последовательность сварки.
Не используйте только прямую линию для сварки деталей. Создайте запланированную последовательность сварки, которая сможет противодействовать усадке другой части собираемого материала. Основываясь на своих знаниях о том, как сжимается металл, вы можете создать последовательность реакций, которая сбалансирует реакции и предотвратит деформацию.
8. Зажмите деталь, чтобы зафиксировать ее на месте.
Другой вариант — использовать приспособление при сварке деталей вместе. Это закрепит их и предотвратит их деформацию при расширении или сжатии. Держите детали на месте до завершения процесса. Отсутствие движения уменьшает искажения.
9. Подумайте о снятии термического напряжения
Это технология, контролирующая нагрев и охлаждение деталей, соединенных сваркой. Именно тогда вы повышаете температуру и контролируете нагрузку на управление охлаждением, надев его во время сварки изделия.
10. Сократите время сварки.
Вы также можете сократить время сварки, чтобы снизить риск деформации. Это было бы сложно, если бы вы делали это вручную. Детали, которые вы свариваете первыми, остынут еще до того, как будут готовы. Однако, если у вас есть механизированное оборудование для сварки, вы можете сократить время обработки и свести искажения к минимуму.