Дефекти при лазерно заваряване: пукнатини, разпръсване и подрязване – причини и решения

Лазерното заваряване осигурява дълбоки, тесни и с ниско огъване съединения със скорости, които традиционните дъгови процеси не могат да постигнат. В същото време то е по-малко толерантно спрямо грешки в сравнение с MIG или TIG. Тъй като високоенергийният лъч концентрира топлината в микроскопична точка, а течната вана се охлажда бързо, дори незначителни отклонения в параметрите, защитния газ или подготовката на съединението бързо се проявяват като дефекти.

Три основни дефекта обхващат подаващото мнозинство от отхвърлените лазерни заварки в съвременните производствени цехове: пукнатини, разпръсване и подрязване . (Забележка: Порестостта – четвъртият основен дефект – е разгледана отделно в нашето специализирано ръководство за газови пори в лазерни заваръчни шевове).

Това ръководство за диагностика помага на мениджърите по производство, надзирателите по заваряване и операторите на ръчни и автоматизирани лазерни заваръчни системи бързо да идентифицират дефекти на производствената площадка, да отстранят основната причина и да поддържат производствения процес в движение.

Защо тези три дефекта струват пари на цеховете за изработка

• Повторна обработка и брак: Дефектите, открити при окончателния контрол на качеството, означават скъпо повторно рязане, ръчно шлифоване и повторно заваряване.

• Неуспешни структурни и тестове за течове: Пукнатините и дълбоките подрязвания намаляват ефективното напречно сечение и създават критични концентрации на напрежение, което води до повреди в експлоатация.

• Естетически санкции: Интензивното разпръскване и подрязването унищожават козметичните шевове, които иначе биха преминали без допълнителна обработка.

Засичането и стабилизирането на дефектите непосредствено при машината — а не при окончателната инспекция — е мястото, където се крие истинската рентабилност на производствената площадка.

1. Пукнатини

Това, което виждате

Пукнатина се появява като остър дефект непосредствено в заваръчния шев или веднага до него — простиращ се по централната ос, в основата на заваръчния шев или в зоната, засегната от топлината (HAZ). Тя може да се образува веднага след затвърдяването или часове/дни по-късно (забавеното студено пукане е често срещано при въглеродни стомани, поддаващи се на закаляване).

Причини и начини за отстраняване

Основната причина е изключително високата скорост на охлаждане, характерна за лазерното заваряване. Бързото затвърдяване задържа примеси с ниска температура на топене по централната ос (горещо пукане), докато високото напрежение, бързото охлаждане и водородът предизвикват студено пукане при чувствителни стомани.

Съвет за производствения цех: Когато пукнатините се появяват презрително, а не непрекъснато, проверете номерата на вашата материала партида или покритията на доставените листове. Честотата често корелира с промени в химичния състав на материала, а не с отклонения в машината.

2. Пръскане

Това, което виждате

Пръскането се състои от капки разтопен метал, които се изхвърлят насилствено от заваръчната вана и падат върху повърхността на детайла или се присаждат върху защитната леща. Лекото пръскане понякога е управляемо; силното и непрекъснато пръскане показва силно нестабилен ключов процес.

Причини и начини за отстраняване

Пръскането означава, че ключовата дупка се отваря и затваря твърде бързо или че налягането на металните пари пробива отгоре на ваната.

Съвет за производствения цех: Минимално количество преходно пръскане по време на настройката е нормално. Пръскането, което постоянно нараства по време на производствения цикъл, обикновено сочи деградация на оптиката (мръсно защитно стъкло) или термично изместване на фокуса.

3. Подрязване

Това, което виждате

Подрязването е ясно очертана бразда или издълбана вдлъбнатина в основния материал точно при корена на заварката, поради което централният заваръчен валик изглежда "изпъкнал" над вдлъбнатия ръб. То значително намалява ефективното напречно сечение, възприемащо товара, и действа като класически концентратор на напрежения за умора.

Причини и начини за отстраняване

Подрязването възниква, когато енергийният вход по ръбовете на съединението надвишава наличния запълващ материал — лазерът изпарява или измества основния материал по-бързо, отколкото разтопената маса около него може да се върне и да го запълни.

Съвет за производствения цех: Подрязването лесно се измерва със стандартен заваръчен щрих. Измерете дълбочината по шева: локализираното подрязване обикновено сочи несъвпадение на лазерния лъч, докато равномерното подрязване по цялата дължина на заварката сочи прекомерен топлинен вход.

Системна рамка за отстраняване на лазерни дефекти

Когато дефект изведнъж се появи на производствената линия, въздържайте се от промяна на няколко параметъра едновременно. Следвайте този дисциплиниран процес за диагностика:

1. Стабилизирайте входните параметри: Документирайте точно марката на материала, дебелината, състоянието на повърхността, типа на съединението и последователността на зазора.

2. Променяйте само един параметър наведнъж: Модифицирайте мощността, скоростта на придвижване, фокуса, подаването на газ или трептенето — една промяна, една пробна заварка .

3. Проведете тестове върху отпадъчен материал първо: Винаги изпълнявайте проверъчни проби, използвайки точно същия производствен материал, преди да започнете работа с действителните компоненти.

4. Регистрирайте работния си интервал: Водете записки. Параметрите естествено се променят с остаряването на защитните лещи, износването на дюзите и промените в околните условия.

Често задавани въпроси

В: Могат ли едни и същи параметри за лазерно заваряване да причиняват едновременно разпръсване и подрязване?

О: Да. И двете са по същество проблеми, свързани с топлинния вход. Излишна мощност спрямо скоростта на движение може да изхвърля капки насилствено (разпръсване), докато в същото време изрязва ръбовете на съединението (подрязване) при единичен проход. Първо коригирайте баланса между мощност и скорост, след което оценете останалите дефекти.

В: Винаги ли е задължителна допълнителната жица, за да се предотвратят лазерни пукнатини?

О: Не. При плътни, ултрачисти съединения с металически съвместими материали автогенното (без жица) лазерно заваряване дава безупречни структурни шевове. Допълнителната жица става задължителна при съединения с междини, сплави, склонни към пукване (като някои неръждаеми или високовъглеродни стомани), и комбинации от различни метали, където тя действа като регулатор на химичния състав.

В: Как мога да разбера дали даден дефект е предизвикан от машината/параметрите или от оператора?

А: Проведете контролиран тест за изолация: използвайте един и същ оператор и абсолютно същите параметри върху предварително почистени пробни образци. Дефектите, които постоянно се повтарят върху чисти, подготвени пробни образци, сочат към проблеми с машината, оптиката или параметрите. Дефектите, които са свързани с конкретен оператор (например промяна в ъгъла на ръчната горелка), сочат към проблеми с техниката.

Постигнете лазерни заварки без дефекти върху вашите производствени части

Повечето дефекти при лазерно заваряване напълно могат да се предотвратят чрез оптимизирани параметри, правилна подготовка на съединението и коректна техника — но „правилната“ настройка зависи изцяло от вашия специфичен сплав, конфигурация на съединението и обема на производството.

Нашата вътрешна екип от инженери по приложения редовно извършва пробни заварки върху компоненти на клиенти, за да установи устойчиви, готови за производство диапазони от параметри. (Търсите помощ за газови пори? Прочетете нашето ръководство за отстраняване на порестостта при лазерно заваряване).

[Поискайте безплатен заваръчен тест] — Изпратете ни спецификациите на материала, дебелината и детайлите за съединението. Екипът ни ще ви изпрати оптимизирани препоръки за параметри и резултати от оценката на пробни изделия за вашата работилница.