Sklop za zavarivanje
1. Zazor i neusklađenost sklopa
Kvalitet montaže je ključan za osiguranje kvaliteta zavarivanja. Prekomjerni zazori pri montaži ili neusklađenost mogu lako uzrokovati nedostatke poput progorijevanja, lošeg formiranja zavara i nepotpunog prodiranja. Zazor pri montaži za ugaone i sučeone spojeve treba biti što manji. Tabela 8-2 navodi zahtjeve za zazore i neusklađenost kod ručnog laserskog autogenog zavarivanja.
Da bi se osigurale dimenzije obratka, smanjila deformacija i spriječilo neusklađenost područja koje se zavaruje zbog torzione deformacije tokom zavarivanja, obično je potrebno tačkasto zavarivanje prije zavarivanja. Ista metoda procesa kao i kod formalnog zavarivanja koristi se za montažno tačkasto zavarivanje. Dužina tačkastih zavara je 20-30 mm, a zahtjevi za kvalitetom tačkastih zavara (npr. dubina i širina prodiranja) su niži od onih za formalno zavarivanje. Za tačkasto zavarivanje se uglavnom koristi veća brzina kretanja nego za formalno zavarivanje. U cilju osiguranja pouzdanog spoja tačkastih zavara, tačkasti zavari trebaju biti ravni, dugi i tanki, te ne smiju biti pretjerano veliki, široki ili visoki. Tačkasti zavari također zahtijevaju adekvatnu zaštitu kako bi se izbjegla oksidacija.
3. Pribor i stezaljke
Lasersko zavarivanje se uglavnom koristi zazavarivanje tankih pločaKod zavarivanja tankih ploča, zavarivanje se obično izvodi na prednjoj strani obratka, s dovoljnim topljenjem na stražnjoj strani kako bi se postigao dobro oblikovan stražnji zavar. Za odabir parametara: nizak unos topline može uzrokovati nepotpuno stapanje na stražnjoj strani; visok unos topline, uz osiguranje potpunog prodiranja na stražnjoj strani, može dovesti do progorijevanja zbog težine rastopljenog metala ili nesrazmjerne širine topljenja u odnosu na debljinu obratka. Da bi se spriječilo progorijevanje, ako obratak omogućava stezanje, treba koristiti stezače za stezanje obratka tokom zavarivanja tankih ploča - pritiskanjem prednje strane i postavljanjem bakrene ili nehrđajuće čelične potporne ploče na stražnju stranu. Ovo sprječava promjene u razmacima pri montaži ili neusklađenost uzrokovanu deformacijom zavarivanja i izbjegava termički kolaps. Kada obratak ima neravnomjerno odvođenje topline po područjima zbog strukturnih razloga, korištenje stezača za uravnoteženje odvođenja topline također je učinkovito, s ciljem formiranja zavara s ujednačenim dimenzijama na prednjoj i stražnjoj strani.
Odabir parametara zavarivanja
Općenito, parametri laserskog zavarivanja uključuju snagu lasera, širinu laserskog impulsa, količinu defokusiranja, brzinu zavarivanja i zaštitni plin.
1. Snaga lasera
Postoji granična gustoća snage lasera kod laserskog zavarivanja. Ispod ovog praga, dubina prodiranja je plitka; kada se dostigne ili premaši, dubina prodiranja značajno se povećava. Plazma se generira samo kada gustoća snage lasera na obratku pređe prag, što ukazuje na stabilno zavarivanje dubokim prodiranjem. Ispod praga dolazi samo do površinskog topljenja (stabilno zavarivanje provođenjem topline). U blizini kritičnog uvjeta za formiranje ključaonice, duboka penetracija i zavarivanje provođenjem topline se naizmjenično mijenjaju, što rezultira nestabilnim procesom s velikim fluktuacijama u dubini prodiranja. Snaga lasera jedan je od najkritičnijih parametara u laserskoj obradi i ključni je odrednik dubine prodiranja zavara. Za fiksni promjer fokusirane točke, gustoća snage lasera proporcionalna je snazi lasera: veća snaga povećava dubinu prodiranja i brzinu zavarivanja. Međutim, prekomjerna snaga uzrokuje ozbiljno pregrijavanje rastopljenog bazena, povećava širinu zavara i zonu utjecaja topline (HAZ), te dovodi do većeg prskanja, što može kontaminirati sočivo za zavarivanje. S velikom snagom, površinski sloj se može zagrijati do tačke ključanja i značajno ispariti u mikrosekundama, što ga čini idealnim za procese uklanjanja materijala kao što su bušenje, rezanje i graviranje. S nižom snagom, površini su potrebne milisekunde da dostigne tačku ključanja, a donji sloj se topi prije isparavanja površine, što olakšava dobro zavarivanje topljenjem.
2. Širina laserskog impulsa
Širina laserskog impulsa, ili "širina impulsa", ključni je parametar u pulsnom laserskom zavarivanju. Određuje se dubinom prodiranja i ZUT-om: duže širine impulsa povećavaju ZUT, a dubina prodiranja se povećava s kvadratnim korijenom širine impulsa. Međutim, duže širine impulsa smanjuju vršnu snagu, pa se općenito koriste za zavarivanje kondukcijom topline, formirajući široke, plitke zavare - posebno pogodne za preklopne spojeve tankih i debelih ploča. Međutim, niska vršna snaga uzrokuje prekomjerni unos topline, a svaki materijal ima optimalnu širinu impulsa za maksimalnu dubinu prodiranja.
3. Odabir količine defokusiranja
Položaj fokusirane tačke je kritičan ulasersko zavarivanje fuzijomKada je fokus iznad površine obratka, dubina prodiranja je mala, što otežava zavarivanje dubokim prodiranjem. Kada je fokus ispod površine, gustoća snage unutar obratka je veća nego na površini, što potiče jače topljenje i isparavanje, omogućavajući prijenos energije dublje u obratak i povećanje dubine prodiranja. Postoje dva načina defokusiranja: pozitivni defokus (ravan fokusa iznad obratka) i negativni defokus (ravan fokusa ispod obratka). U praksi, za debele ploče koje zahtijevaju veliku dubinu prodiranja, koristi se negativni defokus, pri čemu je laserski fokus obično 1-2 mm ispod površine obratka. Za tanke ploče, poželjniji je pozitivni defokus, s fokusom 1-1,5 mm iznad površine.
4. Brzina zavarivanja
S ostalim fiksnim parametrima, dubina prodiranja se smanjuje s povećanjem brzine zavarivanja, dok se efikasnost poboljšava. Pretjerano visoke brzine ne zadovoljavaju zahtjeve prodiranja; pretjerano niske brzine uzrokuju prekomjerno topljenje, široke zavare, pregrijavanje ZUT-a i povećanu sklonost vrućim pukotinama.pulsirajuće lasersko zavarivanjeBrzina je također određena maksimalnom frekvencijom impulsa i potrebnim preklapanjem tačaka - svaka sljedeća tačka impulsa mora se preklapati do određene mjere. Dakle, za datu snagu lasera i debljinu materijala postoji optimalni raspon brzine, unutar kojeg se postiže maksimalna dubina prodiranja pri određenoj brzini.
5. Zaštitni plin
Inertni gasovi se često koriste za zaštitu rastopljenog rastvora tokom laserskog zavarivanja. Dok neki materijali možda ne zahtijevaju zaštitu od površinske oksidacije, većina primjena zahtijeva. Tradicionalno, Ar, N₂ i He se koriste za lasersko zavarivanje aluminijskih legura kako bi se spriječila oksidacija. Teoretski, He je najlakši s najvećom energijom ionizacije, ali pri maloj snazi i velikim brzinama, plazma je slaba, što minimizira razlike između gasova. Studije pokazuju da pod istim uslovima, N₂ lakše izaziva stvaranje ključaonice zbog egzotermnih reakcija sa Al; rezultirajući Al-NO ternarni spojevi imaju veću apsorpciju lasera. Međutim, čisti N₂ formira krhke Al-N faze i pore u zavarima. Inertni gasovi, budući da su lagani, izlaze bez stvaranja pora, čineći miješane gasove efikasnijim. Nedavno su se povećala istraživanja o Al laserskom zavarivanju korištenjem smjesa Ar-O₂ i N₂-O₂.
6. Apsorpcija materijala
Apsorpcija laserske energije materijala zavisi od svojstava kao što su apsorptivnost, reflektivnost, toplotna provodljivost, temperatura topljenja i temperatura isparavanja, pri čemu je apsorptivnost najkritičnija. Faktori koji utiču na apsorptivnost uključuju:
Električna otpornost: Za polirane površine, apsorptivnost je proporcionalna kvadratnom korijenu otpornosti, koja varira s temperaturom.
Stanje površine: Značajno utiče na apsorpciju i time na rezultate zavarivanja.
Savjeti za upotrebu i tabui za ručno zavarivanje vlaknastim laserom
1. Izbjegavajte zračenje luka
Ručni aparati za zavarivanje vlaknima laseromKoristite vlaknaste lasere klase 4 koji emituju zračenje (1080±3) nm sa izlaznom snagom većom od 1000 W (u zavisnosti od modela). Direktno ili indirektno izlaganje može oštetiti oči ili kožu. Iako nevidljiv, snop može uzrokovati nepovratno oštećenje mrežnjače ili rožnjače. Uvijek nosite certificirane zaštitne naočale za laser dok laser radi. Nikada ne gledajte direktno u izlaznu glavu dok je laser uključen, čak ni sa zaštitnim naočalama.
2. Podešavanje parametara zavarivanja
Podesite nisku snagu lasera na ekranu osjetljivom na dodir (kao što je prikazano na slici 8-2). Postavite bakrenu mlaznicu glave za zavarivanje na radni komad i pritisnite prekidač gorionika da biste emitovali laser za zavarivanje. Tipični parametri: frekvencija lasera 5000Hz, brzina galvanometra 300–600, kašnjenje plina >100ms, 100% radni ciklus za kontinuiranu emisiju. Podesite širinu zavara na osnovu razmaka pri montaži; snaga se može podesiti od 0–1000W (0–100% maksimuma). Nakon unosa parametara, kliknite na "OK" i sačuvajte da bi postavke stupile na snagu.
4. Ne povećavajte pretjerano brzinu zavarivanja
Zavarivanje se formira pomicanjem laserskog izvora (vidi sliku 8-3). Dubina i širina zavise od brzine i snage, s tipičnim brzinama od 1-3 m/min, što rezultira glatkim površinama bez kamenca s omjerom širine i visine <1. Za fiksnu struju i napon, promjena brzine direktno utječe na unos topline, mijenjajući prodiranje i širinu. Pretjerano visoke brzine uzrokuju nedovoljno zagrijavanje, što dovodi do smanjenog prodiranja, uske širine, podrezivanja, pora i nepotpunog prodiranja.
Mehaničko čišćenje: Koristite četke od nehrđajućeg čelika ili pneumatske kotače za uklanjanje oksida dok se ne postigne sjajno bijela završna obrada. Zavarite odmah nakon poliranja; ponovo polirajte ako se zavarivanje odgađa više od 36 sati.
Hemijsko čišćenje: Uklonite okside hemijskim reakcijama (metode se razlikuju u zavisnosti od materijala). Tabela 8-3 navodi metode hemijskog čišćenja aluminijumskih legura. Uklonite ulje/prašinu organskim rastvaračima (benzin, izopropil alkohol) namakanjem, brisanjem i sušenjem.
5. Minimizirajte poroznost
Vodikove pore su uobičajene kod laserskog zavarivanja aluminijskih legura. Smanjite ih uklanjanjem površinske vlage, ulja i oksida. Produženje vremena hlađenja rastopljenog sloja (povećanjem širine impulsa) pomaže u izlasku plinova, jer brzi termički ciklus laserskog zavarivanja ograničava oslobađanje plina. Izbjegavajte fokus ili negativne položaje defokusiranja, gdje intenzivne reakcije rastopljenog sloja i isparavanje legure povećavaju poroznost; koristite mekšu energiju putem prilagođenog defokusiranja kako biste smanjili isparavanje.
6. Obratite pažnju na položaj prilikom držanja baklje
Ručni laserski plamenici (vidi sliku 8-4) su teži od TIG plamenika i imaju debele kablove, što uzrokuje umor operatera. Za produženo zavarivanje, držite plamenik s obje ruke, držite mlaznicu u kontaktu s radnim komadom, vizualno poravnajte zavar i ravnomjerno povlačite plamenik prema sebi. Prilagodite položaj tijela na osnovu položaja zavarivanja kako biste smanjili umor i broj spojeva.
7. Sprečite laserske povrede
Nepravilno rukovanje može uzrokovati nesreće. Pridržavajte se ovih pravila:
Nikada ne gledajte u lasersku glavu tokom rada.
Ne koristitivlaknasti laseriu tamnom/prigušenom okruženju.
Nikada ne usmjeravajte baterijsku lampu prema ljudima kada je uređaj aktivan.
Koristite metalne barijere unutar 3 m od područja zavarivanja.
Pristup zoni zavarivanja ograničite samo na operatere.
Nosite zaštitnu opremu (certificirane naočale, maske, rukavice). Nikada ne gledajte u izlaznu glavu dok je laser uključen, čak ni sa zaštitnom naočalama.
Pažljivo rukujte plamenikom i kabelom (minimalni radijus savijanja > 200 mm).
Deaktivirajte tipku za lasersko emitiranje kada se ne koristi.
Osigurajte kvalitet mlaznice za efikasnu zaštitu od gasa:
Glatki unutrašnji zidovi, koncentrični s laserom.
Deformisane mlaznice odmah zamijenite kako biste održali stabilno kretanje gorionika.
Veličina otvora mlaznice (vidi sliku 8-6) utiče na kvalitet zavara: veći otvori povećavaju protok plina, ubrzavajući skrućivanje i povećavajući rizik od poroznosti/pukotina.
8. Izbjegavajte velike brzine za legure osjetljive na pukotine
Ručno lasersko zavarivanjeKoristi autogene, bežične, oscilirajuće galvanometarske plamenike. Velike brzine smanjuju prodiranje, sužavaju zavare, uzrokuju podrezivanje i narušavaju pokrivenost zaštitnim plinom, što pogoršava zaštitu. Koristite niže brzine za legure osjetljive na pukotine.
9. Osigurajte kvalitet spoja
Temperaturne razlike i zavarivanje bez žice mogu uzrokovati progorijevanje, kratere ili pukotine u kraterima. Zavarujte kontinuirano kako biste smanjili prekide; ako su prekidi neizbježni (npr. promjene položaja, segmentno zavarivanje), malo usporite (10 mm) prije zaustavljanja kako biste spriječili kratere. Ponovo zavarite 20 mm iza prethodnog kratera radi preklapanja i kvalitete.
10. Pratite pravilno kretanje baklje
Povucite gorionik prema sebi (od daljine prema bliže) bez bočnih oscilacija. Održavajte konstantnu brzinu dok pratite konzistentno formiranje zavara. Za vertikalno zavarivanje, koristite kretanje prema dolje (ne prema gore) kako biste ubrzali skrućivanje i osigurali stabilno kretanje.
11. Izbjegavajte podrezivanje, male zaobljene dijelove i urušavanje kod preklopnih zavara
Za preklopljene zavare, podesite ugao upada lasera tako da galvanometar pokriva 2/3 vertikalne ploče (vidi sliku 8-7). Ovo topi vertikalnu ploču (kao punilo) i 1/3 osnovne ploče putem provođenja topline, formirajući dovoljno veliki zavar nakon hlađenja. Loši preklopljeni zavarovi slabe čvrstoću spoja, smanjuju otpornost na pucanje ili uzrokuju strukturni kvar - izbjegavajte podrezivanje.
12. Smanjite reflektivnost pri zavarivanju aluminijskih legura
Aluminij reflektira 60–98% laserske energije. Refleksija naglo opada na tački topljenja i stabilizira se kada se rastopi. Apsorpcija se smanjuje s povećanjem ugla upada; maksimalna apsorpcija se javlja pri normalnom upadu (prilagodite za zaštitu sočiva). Smanjite reflektivnost uklanjanjem oksida mehaničkim/hemijskim čišćenjem.
13. Pravilna upotreba zaštitnog plina
Zaštitni plin utiče na formiranje, prodiranje i širinu zavara. Većina plinova poboljšava kvalitet, ali može imati nedostatke:
Ar: Niska energija jonizacije, visoko formiranje plazme (smanjenje efikasnosti lasera), ali inertan, jeftin i gust - efikasno prekriva rastopljeni bazen (idealan za opštu upotrebu).
N₂: Umjerena energija ionizacije (bolje smanjuje plazmu od Ar), ali reagira s aluminijem/ugljičnim čelikom formirajući krhke nitride, smanjujući žilavost (ne preporučuje se za ove materijale). Pogodno za nehrđajući čelik, gdje nitridi povećavaju čvrstoću.
14. Brzina protoka zaštitnog plina
Plin se izbacuje kroz mlaznicu pod određenim pritiskom. Hidrodinamički dizajn mlaznice i promjer izlaza su ključni: dovoljno veliki da pokrije zavar, ali ograničeni da spriječi turbulentni tok (koji uvlači zrak i uzrokuje poroznost). Za ručno lasersko zavarivanje, tipična brzina protoka je 7L/min. Prekomjerni protok miješa zagađivače u rastopljeni bazen, ugrožavajući čistoću plina - odaberite ispravnu brzinu protoka.
15. Položaj laserskog fokusa
Pozicija fokusa: Najmanja tačka, najveća energija – koristite zatačkasto zavarivanjeili niskoenergetski, minimalni zahtjevi za veličinu tačke (vidi sliku 8-8).
Negativni defokus: Veća tačka (povećava se s udaljenošću od fokusa) - pogodno za duboko prodiranje kontinuiranog zavarivanja i duboko tačkasto zavarivanje.
Pozitivna defokusacija: Veća tačka (povećava se s udaljenošću od fokusa) - pogodna za površinsko zaptivanje ili kontinuirano zavarivanje s niskom penetracijom.
Kontrola zavarivanja potpunim probijanjem: Mala promjena boje na poleđini ukazuje na dobar kvalitet; očigledni tragovi/probijanje uzrokuju prskanje ili duboke žljebove kod kontinuiranog zavarivanja. Podesite fokus, energiju i oblik vala na osnovu uzoraka. Koristite manje tačke za tanje materijale kako biste izbjegli progorijevanje.
Vrijeme objave: 21. avg. 2025.
