Montaż spawalniczy
1. Szczelina montażowa i niewspółosiowość
Jakość montażu ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości spawania. Nadmierne odstępy montażowe lub niewspółosiowość mogą łatwo prowadzić do wad, takich jak przepalenia, nieprawidłowe formowanie spoiny i niepełne przetopienie. Szczelina montażowa dla spoin pachwinowych i czołowych powinna być jak najmniejsza. Tabela 8-2 przedstawia wymagania dotyczące odstępów i niewspółosiowości podczas ręcznego spawania laserowego metodą autogeniczną.
Aby zapewnić wymiary przedmiotu obrabianego, zmniejszyć odkształcenia i zapobiec niewspółosiowości obszaru przeznaczonego do spawania z powodu odkształceń skrętnych podczas spawania, przed spawaniem zazwyczaj wymagane jest wykonanie sczepu. Do sczepu montażowego stosuje się tę samą metodę, co przy spawaniu formalnym. Długość sczepu wynosi 20–30 mm, a wymagania jakościowe dla sczepu (np. głębokość i szerokość przetopu) są niższe niż w przypadku spawania formalnego. Do sczepu zazwyczaj stosuje się większą prędkość posuwu niż do spawania formalnego. Aby zapewnić niezawodne połączenie sczepów, sczepy powinny być płaskie, długie i cienkie, a także nie powinny być nadmiernie duże, szerokie ani wysokie. Sczepy wymagają również odpowiedniej ochrony przed utlenianiem.
3. Mocowania i zaciski
Spawanie laserowe jest najczęściej stosowane do:spawanie cienkich blachW spawaniu cienkich blach, spawanie jest zazwyczaj wykonywane na przedniej stronie przedmiotu obrabianego, z wystarczającym stopieniem na stronie tylnej, aby uzyskać dobrze uformowaną spoinę tylną. Dobór parametrów: niskie ciepło doprowadzone może spowodować niepełne przetopienie na stronie tylnej; wysokie ciepło doprowadzone, przy jednoczesnym zapewnieniu pełnego przetopu na stronie tylnej, może prowadzić do przepalenia z powodu ciężkości stopionego metalu lub nieproporcjonalnej szerokości topienia w stosunku do grubości przedmiotu obrabianego. Aby zapobiec przepaleniu, jeśli przedmiot obrabiany pozwala na zaciskanie, należy użyć uchwytów do mocowania przedmiotu obrabianego podczas spawania cienkich blach — dociskając stronę przednią i umieszczając płytę podkładową z miedzi lub stali nierdzewnej na stronie tylnej. Zapobiega to zmianom szczelin montażowych lub niewspółosiowości spowodowanej odkształceniem spawalniczym i zapobiega zapadnięciu się termicznemu. Gdy przedmiot obrabiany ma nierównomierne rozpraszanie ciepła w różnych obszarach ze względu na przyczyny konstrukcyjne, użycie uchwytów do zrównoważenia rozpraszania ciepła jest również skuteczne, mając na celu tworzenie spoin o jednolitych wymiarach zarówno na stronie przedniej, jak i tylnej.
Wybór parametrów spawania
Ogólnie rzecz biorąc, parametry spawania laserowego obejmują moc lasera, szerokość impulsu laserowego, wielkość rozogniskowania, prędkość spawania i gaz osłonowy.
1. Moc lasera
W spawaniu laserowym występuje progowa gęstość mocy lasera. Poniżej tego progu głębokość wtopienia jest niewielka; po jej osiągnięciu lub przekroczeniu, głębokość ta znacznie wzrasta. Plazma jest generowana tylko wtedy, gdy gęstość mocy lasera na obrabianym przedmiocie przekracza próg, co wskazuje na stabilne spawanie z głębokim wtopieniem. Poniżej progu występuje jedynie topienie powierzchni (stabilne spawanie z przewodzeniem ciepła). W pobliżu stanu krytycznego dla powstania dziurki od klucza, spawanie z głębokim wtopieniem i spawanie z przewodzeniem ciepła występują naprzemiennie, co powoduje niestabilny proces z dużymi wahaniami głębokości wtopienia. Moc lasera jest jednym z najważniejszych parametrów obróbki laserowej i kluczowym czynnikiem determinującym głębokość wtopienia spoiny. W przypadku stałej średnicy skupienia, gęstość mocy lasera jest proporcjonalna do mocy lasera: wyższa moc zwiększa głębokość wtopienia i prędkość spawania. Jednak nadmierna moc powoduje poważne przegrzanie jeziorka spawalniczego, zwiększa szerokość spoiny i strefę wpływu ciepła (HAZ) oraz prowadzi do powstawania większej ilości odprysków, które mogą zanieczyścić soczewkę spawalniczą. Przy dużej mocy warstwa powierzchniowa może zostać podgrzana do temperatury wrzenia i znacząco odparowana w ciągu mikrosekund, co czyni ją idealną do procesów usuwania materiału, takich jak wiercenie, cięcie i grawerowanie. Przy niższej mocy powierzchnia potrzebuje milisekund, aby osiągnąć temperaturę wrzenia, a znajdująca się poniżej warstwa topi się przed odparowaniem powierzchni, co umożliwia dobre spawanie.
2. Szerokość impulsu laserowego
Szerokość impulsu laserowego, czyli „szerokość impulsu”, jest kluczowym parametrem w spawaniu laserowym impulsowym. Jest ona określana przez głębokość wtopienia i strefę HAZ: dłuższe impulsy zwiększają strefę HAZ, a głębokość wtopienia rośnie wraz z pierwiastkiem kwadratowym szerokości impulsu. Jednak dłuższe impulsy zmniejszają moc szczytową, dlatego są one zazwyczaj stosowane do spawania przewodzącego ciepło, tworząc szerokie, płytkie spoiny – szczególnie odpowiednie do połączeń zakładkowych cienkich i grubych blach. Niska moc szczytowa powoduje jednak nadmierne ciepło dopływowe, a każdy materiał ma optymalną szerokość impulsu dla maksymalnej głębokości wtopienia.
3. Wybór ilości rozmycia
Pozycja punktu skupienia jest kluczowa wspawanie laseroweGdy ognisko znajduje się powyżej powierzchni przedmiotu obrabianego, głębokość penetracji jest niewielka, co utrudnia spawanie z głęboką penetracją. Gdy ognisko znajduje się poniżej powierzchni, gęstość mocy wewnątrz przedmiotu obrabianego jest wyższa niż na powierzchni, co sprzyja silniejszemu topnieniu i parowaniu, umożliwiając głębsze przenikanie energii do przedmiotu obrabianego i zwiększając głębokość penetracji. Istnieją dwa tryby rozogniskowania: dodatnie rozogniskowanie (płaszczyzna ogniskowania powyżej przedmiotu obrabianego) i ujemne rozogniskowanie (płaszczyzna ogniskowania poniżej przedmiotu obrabianego). W praktyce, w przypadku grubych blach wymagających dużej głębokości penetracji, stosuje się ujemne rozogniskowanie, przy czym ognisko lasera znajduje się zazwyczaj 1–2 mm poniżej powierzchni przedmiotu obrabianego. W przypadku cienkich blach preferowane jest dodatnie rozogniskowanie, przy czym ognisko znajduje się 1–1,5 mm powyżej powierzchni.
4.Prędkość spawania
Przy stałych innych parametrach, głębokość wtopienia maleje wraz ze wzrostem prędkości spawania, a wydajność rośnie. Zbyt wysokie prędkości nie spełniają wymagań dotyczących wtopienia; zbyt niskie prędkości powodują przetopienie, szerokie spoiny, przegrzanie strefy HAZ i zwiększoną tendencję do pękania na gorąco.spawanie laserowe impulsowePrędkość jest również określana przez maksymalną częstotliwość impulsów i wymagane nakładanie się punktów – każdy kolejny punkt impulsu musi w pewnym stopniu na siebie zachodzić. Zatem dla danej mocy lasera i grubości materiału istnieje optymalny zakres prędkości, w którym przy danej prędkości osiągana jest maksymalna głębokość penetracji.
5.Gaz osłonowy
Gazy obojętne są często stosowane do ochrony jeziorka stopowego podczas spawania laserowego. Chociaż niektóre materiały mogą nie wymagać ochrony przed utlenianiem powierzchni, większość zastosowań tak. Tradycyjnie do spawania laserowego stopów aluminium w celu zapobiegania utlenianiu stosuje się Ar, N₂ i He. Teoretycznie He jest najlżejszy i ma najwyższą energię jonizacji, ale przy niskiej mocy i dużych prędkościach plazma jest słaba, minimalizując różnice między gazami. Badania pokazują, że w tych samych warunkach N₂ łatwiej indukuje powstawanie dziurek od klucza w wyniku reakcji egzotermicznych z Al; powstałe związki potrójne Al-NO charakteryzują się wyższą absorpcją lasera. Jednak czysty N₂ tworzy kruche fazy Al-N i pory w spoinach. Gazy obojętne, będąc lekkie, ulatniają się bez tworzenia porów, co zwiększa efektywność gazów mieszanych. Ostatnio wzrosło zainteresowanie badaniami nad spawaniem laserowym Al z użyciem mieszanin Ar-O₂ i N₂-O₂.
6. Absorpcja materiału
Absorpcja energii laserowej przez materiał zależy od takich właściwości, jak absorpcyjność, współczynnik odbicia, przewodność cieplna, temperatura topnienia i temperatura parowania, przy czym absorpcyjność ma największe znaczenie. Czynniki wpływające na absorpcyjność obejmują:
Opór właściwy: W przypadku powierzchni polerowanych absorpcja jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego oporu właściwego, który zmienia się w zależności od temperatury.
Stan powierzchni: Ma znaczący wpływ na chłonność, a tym samym na efekty spawania.
Wskazówki dotyczące obsługi i tabu dotyczące ręcznego spawania laserowego światłowodowego
1. Unikaj promieniowania łuku elektrycznego
Ręczne spawarki laserowe światłowodoweUżywaj laserów światłowodowych klasy 4 emitujących promieniowanie (1080 ± 3) nm o mocy wyjściowej przekraczającej 1000 W (w zależności od modelu). Bezpośrednia lub pośrednia ekspozycja może uszkodzić oczy lub skórę. Choć wiązka jest niewidoczna, może spowodować nieodwracalne uszkodzenia siatkówki lub rogówki. Podczas pracy lasera zawsze noś certyfikowane okulary ochronne. Nigdy nie patrz bezpośrednio na głowicę wyjściową, gdy laser jest włączony, nawet w goglach ochronnych.
2. Ustawianie parametrów spawania
Ustaw niską moc lasera na ekranie dotykowym (jak pokazano na rysunku 8-2). Przyłóż miedzianą dyszę głowicy spawalniczej do przedmiotu spawanego i naciśnij włącznik palnika, aby wyemitować wiązkę laserową. Typowe parametry: częstotliwość lasera 5000 Hz, prędkość galwanometru 300–600 Hz, opóźnienie gazu >100 ms, 100% cykl pracy dla emisji ciągłej. Dostosuj szerokość spoiny w zależności od odstępów między elementami; moc można regulować w zakresie 0–1000 W (0–100% wartości maksymalnej). Po wprowadzeniu parametrów kliknij „OK” i zapisz, aby ustawienia zostały zastosowane.
4. Nie zwiększaj nadmiernie prędkości spawania
Spoiny są formowane poprzez przesuwanie źródła lasera (patrz rysunek 8-3). Głębokość i szerokość zależą od prędkości i mocy, przy czym typowe prędkości wynoszą 1–3 m/min, co pozwala uzyskać gładkie, pozbawione zgorzeliny powierzchnie o współczynniku kształtu <1. Przy stałym natężeniu prądu i napięciu, zmiana prędkości bezpośrednio wpływa na ilość wprowadzanego ciepła, zmieniając wtopienie i szerokość. Zbyt wysokie prędkości powodują niedostateczne nagrzewanie, co prowadzi do zmniejszenia wtopienia, zwężenia szerokości, podtopienia, porów i niepełnego wtopienia.
Czyszczenie mechaniczne: Użyj szczotek ze stali nierdzewnej lub pneumatycznych kółek, aby usunąć tlenki, aż do uzyskania lśniąco białej powierzchni. Spawać natychmiast po polerowaniu; polerować ponownie, jeśli spawanie opóźni się o >36 godzin.
Czyszczenie chemiczne: Usuwanie tlenków za pomocą reakcji chemicznych (metody różnią się w zależności od materiału). Tabela 8-3 przedstawia metody czyszczenia chemicznego stopów aluminium. Usuwanie oleju/pyłu za pomocą rozpuszczalników organicznych (benzyny, alkoholu izopropylowego) poprzez namaczanie, wycieranie i suszenie.
5. Zminimalizuj porowatość
Pory wodorowe są powszechne w spawaniu laserowym stopów aluminium. Zmniejsz je, usuwając wilgoć z powierzchni, olej i tlenki. Wydłużenie czasu chłodzenia jeziorka stopowego (poprzez zwiększenie szerokości impulsu) wspomaga ucieczkę gazów, ponieważ szybki cykl termiczny spawania laserowego ogranicza ich uwalnianie. Unikaj pozycji ogniskowania lub negatywnego rozogniskowania, gdzie intensywne reakcje jeziorka stopowego i parowanie stopu zwiększają porowatość; użyj łagodniejszej energii poprzez regulację rozogniskowania, aby zmniejszyć parowanie.
6. Zwróć uwagę na postawę podczas trzymania latarki
Ręczne palniki laserowe (patrz rysunek 8-4) są cięższe niż palniki TIG i mają grube kable, co powoduje zmęczenie operatora. Podczas długotrwałego spawania należy trzymać palnik obiema rękami, utrzymywać dyszę w kontakcie z materiałem spawanym, wizualnie wyrównywać spoinę i równomiernie ciągnąć palnik w kierunku do siebie. Dostosuj pozycję do pozycji spawania, aby zminimalizować zmęczenie i liczbę połączeń.
7. Zapobiegaj urazom spowodowanym laserem
Nieprawidłowa obsługa może prowadzić do wypadków. Postępuj zgodnie z poniższymi zasadami:
Nigdy nie należy patrzeć na głowicę laserową podczas pracy.
Nie używaćlasery światłowodowew przyciemnionym/ciemnym otoczeniu.
Nigdy nie kieruj latarki w stronę ludzi, gdy urządzenie jest włączone.
W odległości 3 m od obszaru spawania należy stosować metalowe bariery.
Dostęp do strefy spawania należy ograniczyć wyłącznie do operatorów.
Noś sprzęt ochronny (certyfikowane okulary ochronne, maski, rękawice). Nigdy nie patrz w głowicę wyjściową, gdy laser jest włączony, nawet w okularach ochronnych.
Należy obchodzić się ostrożnie z palnikiem i kablem (minimalny promień gięcia >200 mm).
Wyłącz klawisz emisji lasera, gdy nie jest używany.
Zapewnij jakość dyszy, aby zapewnić skuteczną ochronę gazową:
Gładkie ścianki wewnętrzne, koncentryczne z laserem.
Niezwłocznie wymień zdeformowane dysze, aby zapewnić stały ruch palnika.
Wielkość otworu dyszy (patrz rysunek 8-6) ma wpływ na jakość spoiny: większe otwory zwiększają przepływ gazu, przyspieszając krzepnięcie i zwiększając ryzyko porowatości/pęknięć.
8. Unikaj wysokich prędkości w przypadku stopów podatnych na pęknięcia
Ręczne spawanie laseroweWykorzystuje autogeniczne, bezprzewodowe, oscylacyjne palniki galwanometryczne. Wysokie prędkości zmniejszają penetrację, zwężają spoiny, powodują podtopienia i zakłócają osłonę gazową, pogarszając ochronę. Niższe prędkości należy stosować w przypadku stopów podatnych na pęknięcia.
9. Zapewnij jakość połączeń
Różnice temperatur i spawanie bezprzewodowe mogą powodować przepalenia, kratery lub pęknięcia kraterowe. Spawaj w sposób ciągły, aby zminimalizować przerwy; jeśli przerwy są nieuniknione (np. zmiany pozycji, spawanie segmentowe), zwolnij nieznacznie (10 mm) przed przerwą, aby zapobiec powstawaniu kraterów. Rozpocznij spawanie ponownie 20 mm za poprzednim kraterem, aby zapewnić nakładanie i jakość.
10. Postępuj zgodnie z prawidłowym ruchem latarki
Pociągnij palnik do siebie (z daleka do bliska) bez oscylacji bocznych. Utrzymuj stałą prędkość, monitorując spójność spoiny. W przypadku spawania pionowego, stosuj ruch w dół (a nie w górę), aby uzyskać szybkie krzepnięcie i zapewnić stały ruch.
11. Unikaj podcięć, małych pachwin i zapadnięć w spoinach zakładkowych
W przypadku spoin zakładkowych należy dostosować kąt padania lasera tak, aby galwanometr obejmował 2/3 płyty pionowej (patrz rysunek 8-7). To stopi płytę pionową (jako spoiwo) i 1/3 płyty bazowej poprzez przewodzenie ciepła, tworząc spoinę o odpowiedniej wielkości po schłodzeniu. Nieprawidłowo wykonane spoiny zakładkowe osłabiają wytrzymałość połączenia, zmniejszają odporność na pęknięcia lub powodują uszkodzenia konstrukcyjne – należy unikać podtopień.
12. Zmniejszenie odbicia światła podczas spawania stopów aluminium
Aluminium odbija 60–98% energii lasera. Współczynnik odbicia gwałtownie spada w temperaturze topnienia i stabilizuje się po stopieniu. Absorpcja maleje wraz ze wzrostem kąta padania; maksymalna absorpcja występuje przy kącie padania prostopadłym (należy dostosować do ochrony soczewki). Zmniejsz współczynnik odbicia, usuwając tlenki poprzez czyszczenie mechaniczne/chemiczne.
13. Prawidłowe stosowanie gazu osłonowego
Gaz osłonowy wpływa na kształt, penetrację i szerokość spoiny. Większość gazów poprawia jakość, ale może mieć wady:
Ar: Niska energia jonizacji, wysokie wytwarzanie plazmy (zmniejszające wydajność lasera), ale obojętny, tani i gęsty — skutecznie pokrywający stopione jeziorko (idealny do ogólnego zastosowania).
N₂: Umiarkowana energia jonizacji (redukuje plazmę lepiej niż Ar), ale reaguje z aluminium/stalą węglową, tworząc kruche azotki, co zmniejsza wytrzymałość (niezalecane do tych materiałów). Nadaje się do stali nierdzewnej, gdzie azotki zwiększają wytrzymałość.
14. Szybkość przepływu gazu osłonowego
Gaz jest wyrzucany przez dyszę pod określonym ciśnieniem. Konstrukcja hydrodynamiczna dyszy i średnica wylotu mają kluczowe znaczenie: jest wystarczająco duża, aby pokryć spoinę, ale jednocześnie ograniczona, aby zapobiec turbulentnemu przepływowi (który zasysa powietrze i powoduje porowatość). W przypadku ręcznego spawania laserowego, typowe natężenie przepływu wynosi 7 l/min. Nadmierny przepływ miesza zanieczyszczenia w jeziorku stopionego materiału, co obniża czystość gazu – należy wybrać odpowiednie natężenie przepływu.
15.Pozycja ogniska lasera
Pozycja ogniska: najmniejszy punkt, najwyższa energia — użyj dozgrzewanie punktowelub wymagania dotyczące małej energii i minimalnego rozmiaru plamki (patrz rysunek 8-8).
Negatywne rozogniskowanie: Większy punkt (zwiększa się wraz z odległością od ogniska) — odpowiedni do głębokiego spawania ciągłego i głębokiego spawania punktowego.
Pozytywne rozogniskowanie: Większa plamka (zwiększa się wraz z odległością od ogniska) — odpowiednia do uszczelniania powierzchni lub ciągłego spawania o małej penetracji.
Kontrola spawania z pełną penetracją: Nieznaczna zmiana koloru na odwrocie wskazuje na dobrą jakość; wyraźne ślady/przebicia powodują odpryski lub głębokie rowki podczas spawania ciągłego. Dostosuj ostrość, energię i przebieg na podstawie próbek. Używaj mniejszych punktów w przypadku cieńszych materiałów, aby uniknąć przepalenia.
Czas publikacji: 21-08-2025
