W porównaniu z tradycyjnymi metodami spawania,spawanie laserowema znaczące zalety – niski dopływ ciepła, duża prędkość spawania, mała strefa wpływu ciepła,
W ostatnich latach spawanie laserowe jest szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, stoczniowym, energetyce jądrowej i przemyśle lotniczym
Przemysł lotniczy i inne gałęzie przemysłu high-tech znajdują coraz szersze zastosowanie, a wraz z obniżeniem kosztów kompletnych zestawów sprzętu, w codziennych dostawach sprzętu
Inne zastosowania związane z życiem zaczęły się szybko rozwijać. Jednocześnie jednak spawanie pojedynczym laserem ma pewne wady,
Nie można sprostać coraz bardziej zróżnicowanym potrzebom: po pierwsze, wymagania dotyczące szczeliny spawalniczej pojedynczego lasera są bardzo rygorystyczne,
Zwykle wymagana jest szczelina < 0,2 mm, w przeciwnym razie trudno uzyskać dobre połączenie; Po drugie,spawanie pojedynczym laseremjest bardzo wrażliwy na pęknięcia spawalnicze
Bardzo łatwo jest spowodować pękanie spoiny, a składu spoiny nie można dostosować, aby kontrolować powstawanie pęknięć; Po trzecie, pojedyncze
Spawanie laserowe wymaga użycia laserów o bardzo dużej mocy podczas spawania blach o dużej grubości, a jego zdolność penetracji zależy wyłącznie od mocy lasera
A jakość spoiny nie może być w pełni zagwarantowana.
Aby sprostać potrzebom rozwoju różnych gałęzi przemysłu, metody spawania laserowego również zostały udoskonalone, a odpowiedni rozwój został opracowany, jak w niniejszym artykule
Opisano spawanie drutem laserowym i inne metody spawania. Spawanie drutem laserowym zostało opracowane na podstawie spawania pojedynczym laserem.
W porównaniu ze spawaniem pojedynczym laserem ma oczywiste zalety:
①Znacznie zmniejsza wymagania montażowe przedmiotu obrabianego, ponieważ drut spawalniczy jest dodawany do procesu spawania, co znacznie zwiększa ilość metalu w jeziorku spawalniczym i umożliwia jego mostkowanie
Połącz z większą szczeliną spawalniczą, jednocześnie wypełniając spoinę;
Właściwości mikrostrukturalne obszaru spoiny można kontrolować, ponieważ skład drutu spawalniczego różni się od składu materiału bazowego spoiny
Po wtopieniu drutu w jeziorko spawalnicze można regulować jakość, skład i proporcje jeziorka spawalniczego, aby kontrolować proces krzepnięcia i kształtowania się mikrostruktury.
(3) Energia wejściowa linii jest niewielka, strefa wpływu ciepła i odkształcenie cieplne są niewielkie, co bardzo sprzyja spawaniu przedmiotu obrabianego przy spełnieniu rygorystycznych wymagań dotyczących odkształcenia;
④można osiągnąć mniejszą moc lasera podczas spawania grubszych materiałów, ponieważ drut spawalniczy jest dodawany do procesu spawania, co umożliwia wielokrotne spawanie,
Metal jeziorka spawalniczego zostanie znacznie powiększony, dzięki czemu możliwe będzie otwarcie spoiny i zmniejszenie rzeczywistego rozmiaru konstrukcji spawanej.
Grubość spawania laserowego, a następnie realizacja wielokanałowego spawania drutem laserowym grubych płyt.
Różnica między spawaniem drutem laserowym a spawaniem drutem laserowym
Sposób spawania drutem laserowym pokazano na rysunku 1. Różni się on od sposobu lutowania drutem laserowym pokazanego na rysunku 2. Podstawowe elementy obu metod spawania to:
Spójne, składają się z wiązki laserowej, drutu spawalniczego, części spawalniczych, gazu ochronnego zgodnie z rzeczywistymi potrzebami, aby zdecydować, czy dodać, zaangażowane
Głównym wyposażeniem są: podajnik drutu, spawarka, głowica pistoletu spawalniczego z miękkim drutem, głowica spawalnicza i laser dużej mocy.
Rysunek 1 Spawanie laserowe drutem
Rysunek 2 Lutowanie laserowe drutem
Chociaż zasadniczo nie ma różnicy w wyglądzie zewnętrznym obu metod spawania, to w istocie istnieje istotna różnica. Podczas spawania drutem laserowym,
Laser zazwyczaj wykorzystuje laser światłowodowy dużej mocy, jak pokazano na rysunku 3, laser potrzebuje nie tylko drutu spawalniczego, ale także musi stopić metal bazowy i
Specjalny efekt otworu powstający podczas spawania laserowego z głęboką penetracją powstaje na metalu bazowym, tworząc głębokie jeziorko stopowe, a skład drutu spawalniczego zostaje całkowicie wymieszany ze składem metalu bazowego
Powstaje nowy, hybrydowy zbiornik stopu, którego skład, proporcje i jakość są większe niż w przypadku drutu spawalniczego i materiału bazowego
Dlatego do procesu spawania można dodać odpowiedni drut spawalniczy, uwzględniający wady materiału bazowego, co pozwala na zwiększenie wydajności spawania.
Na poziomie widoku celowo poprawiono odporność na pękanie, odporność na zmęczenie, odporność na korozję, odporność na zużycie i inne aspekty spoiny.
Ponadto spawanie drutem laserowym może być spawaniem wielokanałowym warstwowym, ponieważ umożliwia uzyskanie głębokiego wtopienia przy efekcie małych otworów, co można osiągnąć
Pełne zespolenie dwóch dolnych warstw spoiny zapobiega poważnym wadom braku zespolenia, dzięki czemu możliwe jest spawanie połączeń o dużej grubości.
Gdydrut laserowylutowanie, laser zazwyczaj wykorzystuje laser półprzewodnikowy dużej mocy, jak pokazano na rysunku 4
W przypadku drutu spawalniczego na spoinę działa jedynie bardzo mała ilość lasera, która topi niewielką ilość metalu na powierzchni spoiny, a jeziorko stopu jest prawie całkowicie stopione przez topienie.
Drut spawalniczy jest formowany, więc wydajność spoiny zależy głównie od składu pierwiastkowego i proporcji drutu spawalniczego oraz stopionego drutu spawalniczego w miejscu spoiny
Głównym celem lutowania laserowego drutem jest uzyskanie określonej wytrzymałości połączenia spawanego
A uszczelnianie i lutowanie drutem laserowym nie może być spawaniem wielokanałowym warstwowym, górna i dolna dwie warstwy spoiny zasadniczo nie mogą być jednolite
Po całkowitym i skutecznym stopieniu, połączenie ma bardzo słabe właściwości mechaniczne.
Obszar zastosowań spawania laserowego drutem
Wraz z rozwojem technologii spawania drutem laserowym i zwiększeniem mocy lasera, zakres zastosowańspawanie laserowe drutem wypełniającym
Coraz bardziej rozbudowany, głównie w następujących aspektach:
Spawanie laserowe stopów aluminium drutem
Ogólnie rzecz biorąc, ponieważ sam stop aluminium ma wysoką zdolność odbijania lasera i wysoką przewodność cieplną, stop aluminium jest spawany laserowo
W przypadku, gdy wymagana jest duża moc lasera, może to prowadzić do powstawania pierwiastków o niskiej temperaturze wrzenia w stopach aluminium (takich jak Mg, Zn itp.), poważnych strat w wyniku parowania i spalania,
Jednocześnie niskie napięcie powierzchniowe stopionego metalu wpływa na właściwości krzepnięcia spoiny, a te przyczyny będą prowadzić do istnienia spawania laserowego stopów aluminium
Wiele problemów – słabe właściwości mechaniczne spoin, słabe formowanie spoiny, porowatość i poważne pęknięcia. Zamiast tego do wypełnienia drutu używa się lasera.
Spawanie stopów aluminium znacząco rozwiązuje następujące problemy:
①spawanie drutem laserowym może poprawić zagłębienie powierzchni spoiny, skutecznie poprawiając jakość spoinyTyp i proces spawania rozprysk jest niewielki;
②Dodanie drutu spawalniczego może nie tylko wpłynąć na orientację kryształów cylindrycznych w spoinie, ale także rozcieńczyć spoinęKrystaliczny interfejs powstający w wyniku względnego wzrostu słupkowego kryształu rdzenia poprawia tworzenie spoiny, a także zwiększa szybkość absorpcji materiału przez laser.
Wraz ze wzrostem szerokości topienia mikrotwardość nieznacznie spada, a wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie połączenia będą znaczące przy zoptymalizowanych parametrach procesu
Poprawa; (3) Spawanie przy użyciu odpowiednich parametrów procesu może nie powodować widocznych wad wewnętrznych, zapewniać mikrotwardość na poziomie HV60 lub wyższą oraz strefę HAZ połączenia.
W tej strefie nie widać wyraźnego zmiękczenia spoiny, a pęknięcie występuje w obszarze materiału podstawowego podczas próby rozciągania.
Spawanie laserowe drutem różnych metali
W przypadku niektórych wymagających środowisk pracy lub ze względu na koszty często zachodzi konieczność jednoczesnego badania wielu aspektów przedmiotu obrabianego
Specjalne właściwości, takie jak odporność na korozję, wysoka wytrzymałość właściwa, odporność na ciepło, odporność na zużycie, wysoka przewodność, dobre odprowadzanie ciepła itp., ale zdecydowana większość
Materiały metalowe nie mogą mieć jednocześnie wielu bardziej widocznych właściwości specjalnych, a materiały metalowe o właściwościach specjalnych są często
Materiały rzadkie i drogie, nie można ich stosować w dużych ilościach, dlatego jeśli można wykonać różnorodne materiały o specjalnych właściwościach, aby uzyskać skuteczne połączenie, to
Może spełniać wymagania użytkowe. Różnica we właściwościach fizycznych i chemicznych różnych materiałów metalowych jest zazwyczaj duża, co jest nieuniknione w procesie spawania.
Powstawanie związków międzymetalicznych, które mają duży wpływ na wydajność połączeń spawanych, kruche związki międzymetaliczne sprawią, że spoina będzie bardzo łatwa do wykonania
Bardzo trudno jest bezpośrednio używać jednego lasera do spawania różnych połączeń metalowych, a stabilność procesu jest trudna do kontrolowania
Trudność w reprodukcji. Wielu naukowców i ekspertów stwierdziło, że spawanie drutem laserowym jest stosunkowo skuteczne w przypadku spawania różnych metali, a wybór jest właściwy.
Drut spawalniczy może w pewnym stopniu hamować powstawanie związków międzymetalicznych i znacznie poprawić mechanikę połączeń spawanych
Wydajność:
①Połączenie zakładkowe Mg/Cu spawane metodą laserowego spawania drutem wypełniającym można formować przy odpowiednich parametrach procesuMaksymalna wytrzymałość na ścinanie połączeń różnych metali o określonej wytrzymałości może osiągnąć 164,2 MPa, co stanowi 64% wytrzymałości metalu podstawowego stopu magnezu.
② Przeprowadzono badania nad spawaniem zakładkowym i doczołowym złącza Al/Ti. Wyniki wykazały, że proces spawania jest stabilny i tworzy spójną całość, gdy stosuje się prostokątne punkty świetlne.Piękny, szeroki zakres parametrów procesu, wysoka jakość spoiny, maksymalna wytrzymałość na rozciąganie sięga 94% wytrzymałości na metal bazowy stopu aluminium;Poprawa formowania spoin.W przypadku elementów obrabianych z przeznaczeniem łożyskowym, jeśli spoina ulegnie zniszczeniu, jej efektywna grubość ulegnie zmniejszeniu, a właściwości mechaniczne ulegną pogorszeniu, jeśli spoina się wgryzie.
Doprowadzi to do koncentracji naprężeń na krawędzi spoiny, a jej właściwości mechaniczne ulegną pogorszeniu. W przypadku przedmiotu obrabianego o wysokich wymaganiach estetycznych, jeśli spoina ulegnie załamaniu,
Zahaczenie lub zagryzienie krawędzi może mieć poważny wpływ na wygląd i jest niedopuszczalne. Aby uzyskać pełny spaw, należy zastosować spawanie laserowe drutem.
Jest to bardzo dobra metoda, ponieważ drut spawalniczy wtapia się w jeziorko stopionego materiału, co pozwala na skuteczne zwiększenie objętości jeziorka stopionego materiału i zapewnienie pełnego spoiny.
Wada krawędzi zgryzu.
W przypadku przedmiotu obrabianego z dużą szczeliną między spoinami (zwykle≥0,3 mm), trudno jest uzyskać skuteczne połączenie przy użyciu pojedynczego spawania laserowego i można je jedynie wypełnić
Dodatkowy materiał może wypełnić szczelinę spawalniczą, dlatego spawanie laserowe drutem jest bardzo skutecznym rozwiązaniem.
Spawanie pachwinowe wąskoszczelinowe
Spawanie laserowe z wąską szczeliną wypełniającą drutem pozwala na efektywne spawanie płyt średniej i grubej grubości przy użyciu laserów małej i średniej mocy, a nie tylko poprzez dodawanie spawania.
Drut zmieniający skład i strukturę metalu spoiny, poprawiający ogólną wydajność połączenia spawanego, a także poprawiający pojedyncze nachylenie spawania laserowego
Zdolność adaptacji i tolerancja błędów szczeliny między otworami i strefa wpływu ciepła spoiny są wąskie, a naprężenia w złączu spawanym są również niewielkie, co zapewnia dużą wydajność.
Dlatego w ostatnich latach wielu ekspertów i naukowców przeprowadziło odpowiednie badania na ten temat:
①Wykorzystanie lasera wąskoszczelinowego do wypełniania przewodów wielokanałowychMetoda spawania blachy stalowej Q345D Marine o grubości 40 mm, wyniki pokazują, że odpowiednie parametry procesu spawania pozwalają uzyskać dobry kształt,
Złącze spawane bez porowatości, bez wad, takich jak niedotopienie, dobra udarność środka spoiny i wyższa wytrzymałość na rozciąganie spoiny niż materiału podstawowego;
②Stal wirnika o grubości 50 mm została zespawana metodą spawania wielowarstwowego drutem laserowym o wąskiej szczelinie, a wyniki wykazały, że parametry procesu spawania były odpowiednie
Można uzyskać dobrą formę, bez wad, takich jak brak połączenia ścianek bocznych, wytrzymałość połączenia na uderzenia jest zmniejszona, ale jego wytrzymałość na rozciąganie jest wyższa niż materiału macierzystego
Drewno;③Przebadano spawanie laserowe drutem o wąskiej szczelinie stopu aluminium 5083 o grubości 20 mm, a wyniki wykazały, że odpowiednie parametry procesu spawania
Można uzyskać złącze spawane z mniejszą liczbą porów i bez wad, np. braku zespolenia.
Przykłady zastosowań oraz zalecenia dotyczące parametrów urządzeń i procesów
1. Przypadki zastosowań
Poprawa formowania spoin
Wymagania: spawanie stali nierdzewnej o grubości 1 mm i 3 mm, spoina nie może być porowata, a formowanie musi być dobre.
Sprzęt: RFL-C4000 (średnica rdzenia światłowodu 200μm), podajnik drutu, głowica spawalnicza.
Tabela 5 Zalecenia dotyczące kształtu i rozmiaru rowka
Wyniki: Formowanie było dobre, a spoina nie miała porowatości, jak pokazano na rysunku 5.
Rysunek 5. Formowanie spoiny i morfologia przekroju poprzecznego
Spawanie wieloprzebiegowe z wypełnieniem wąskoszczelinowym drutem laserowym
Wymagania: spawana blacha stalowa Q345 Marine o grubości 18 mm, wymagająca mniejszej liczby otworów spawalniczych, bez roztopów, wytrzymałość na rozciąganie połączeń
Wytrzymałość jest wyższa niż materiału bazowego, a spoina jest lepsza.
Sprzęt: RFL-C6000 (średnica rdzenia światłowodu 400μm), podajnik drutu, głowica spawalnicza.
Parametry procesu: warstwa spawalnicza musi być ścięta; rozmiar ścięcia pokazano na rysunku 6, a pozostałe parametry procesu spawania przedstawiono w tabeli 2.
Rysunek 6 Rozmiar rowka
Wyniki: Formowanie było dobre, nie stwierdzono braku połączenia, a spoina zasadniczo nie miała porowatości, jak pokazano na rysunku 7. Wykonano próbę rozciągania
Udowodniono, że spoina pęka w materiale bazowym, co wskazuje, że wytrzymałość na rozciąganie połączenia jest większa niż wytrzymałość materiału bazowego.
Rys. 7 Schemat metalograficzny przekroju spoiny
2. Sugestia dotycząca parametrów sprzętu i procesu
Poprawa formowania i jakości spoin
W przypadku spawania laserowego drutem doczołowym powszechnie stosowanych materiałów, w celu poprawy tworzenia spoiny, zaleca się na ogół, aby średnica rdzenia lasera i włókna wynosiła
Głowicę spawalniczą należy skonfigurować tak, aby średnica punktu ogniskowania mieściła się w przedziale od 0,4 mm do 0,6 mm, a drut spawalniczy należy dobrać odpowiedniej klasy.
Pozostałe parametry spawania podano w tabeli 2 i tabeli 3.
Spawanie wieloprzebiegowe z wypełnieniem wąskoszczelinowym drutem laserowym
W przypadku spawania wielowarstwowego blachy o średniej grubości za pomocą drutu laserowego o wąskiej szczelinie zaleca się na ogół, aby średnica punktu ogniskowania wynosiła 0,6 mm ~ 1,0 mm, a
Drut spawalniczy powinien być odpowiednio dobrany pod względem gatunku, ponadto rozmiar rowka łączącego musi być rozsądny, a rozmiar rowka nie może być zbyt duży,
W przeciwnym razie łatwo jest spowodować brak połączenia wewnątrz spoiny, a zalecany rozmiar rowka podano w tabeli 5. Liczba ściegów powinna być oparta na maksymalnej grubości spoiny.
W przypadku dużej grubości do określenia, zaleca się użycie maksymalnej wydajności spawalniczej urządzenia do określenia pierwszej dolnej spoiny po każdej głębokości jednego
Ogólnie 3 mm ~ 5 mm; Jeśli chodzi o parametry procesu spawania stosowane dla każdego ściegu, należy polegać na wymaganej głębokości spawania i kiedy
Określana jest szerokość przedniej warstwy spoiny. Jeśli szerokość warstwy spoiny jest większa, należy umiarkowanie zwiększyć stopień rozogniskowania, aby zapobiec niewtopieniu się ścianki bocznej.
Czas publikacji: 03-04-2025
