Asamblare prin sudură
1. Decalaj și nealiniere între ansambluri
Calitatea asamblării este crucială pentru asigurarea calității sudării. Spațiile excesive de asamblare sau nealinierea pot cauza cu ușurință defecte precum arderea, formarea slabă a sudurii și penetrarea incompletă. Spațiul de asamblare pentru îmbinările de colț și cap la cap trebuie să fie cât mai mic posibil. Tabelul 8-2 enumeră cerințele privind spațiile și nealinierea în sudarea autogenă cu laser manuală.
Pentru a asigura dimensiunile piesei de prelucrat, a reduce deformarea și a preveni nealinierea zonei care urmează să fie sudată din cauza deformării torsionale în timpul sudării, sudarea prin puncte este de obicei necesară înainte de sudare. Aceeași metodă de proces ca sudarea formală se utilizează pentru sudarea prin puncte de asamblare. Lungimea sudurilor prin puncte este de 20-30 mm, iar cerințele de calitate pentru sudurile prin puncte (de exemplu, adâncimea și lățimea de penetrare) sunt mai mici decât cele pentru sudarea formală. În general, pentru sudarea prin puncte se utilizează o viteză de deplasare mai mare decât pentru sudarea formală. Având în vedere premisa asigurării unei conexiuni fiabile a sudurilor prin puncte, sudurile prin puncte trebuie să fie plate, lungi și subțiri și nu trebuie să fie excesiv de mari, late sau înalte. Sudurile prin puncte necesită, de asemenea, o protecție adecvată pentru a evita oxidarea.
3. Elemente de fixare și cleme
Sudarea cu laser este utilizată în mare parte pentrusudarea cu placă subțireÎn sudarea în tablă subțire, sudarea se efectuează de obicei pe partea frontală a piesei de prelucrat, cu o topire suficientă pe partea din spate pentru a obține o sudură spate bine formată. Pentru selectarea parametrilor: un aport scăzut de căldură poate cauza o fuziune incompletă pe spate; un aport ridicat de căldură, asigurând în același timp penetrarea completă pe spate, poate duce la ardere din cauza gravitației metalului topit sau a unei lățimi de topire disproporționate în raport cu grosimea piesei de prelucrat. Pentru a preveni arderea, dacă piesa de prelucrat permite fixarea, ar trebui utilizate dispozitive de fixare pentru a fixa piesa de prelucrat în timpul sudării în tablă subțire - apăsând partea frontală și plasând o placă de suport din cupru sau oțel inoxidabil pe partea din spate. Acest lucru previne modificările golurilor de asamblare sau nealinierea cauzată de deformarea sudurii și evită colapsul termic. Atunci când piesa de prelucrat are o disipare inegală a căldurii în diferite regiuni din motive structurale, utilizarea dispozitivelor de fixare pentru echilibrarea disipării căldurii este, de asemenea, eficientă, urmărind formarea de suduri cu dimensiuni uniforme atât pe partea frontală, cât și pe cea din spate.
Selectarea parametrilor de sudare
În general, parametrii sudării cu laser includ puterea laserului, lățimea impulsului laserului, cantitatea de defocalizare, viteza de sudare și gazul de protecție.
1. Putere laser
În sudarea cu laser există o densitate de putere laser prag. Sub acest prag, adâncimea de penetrare este superficială; odată atinsă sau depășită, adâncimea de penetrare crește semnificativ. Plasma este generată numai atunci când densitatea de putere laser pe piesa de prelucrat depășește pragul, indicând o sudare stabilă cu penetrare profundă. Sub prag, are loc doar topirea superficială (sudare stabilă prin conducție termică). În apropierea condiției critice pentru formarea găurii de cheie, penetrarea profundă și sudarea prin conducție termică alternează, rezultând un proces instabil cu fluctuații mari ale adâncimii de penetrare. Puterea laserului este unul dintre cei mai critici parametri în procesarea cu laser și un factor determinant cheie al adâncimii de penetrare a sudurii. Pentru un diametru fix al punctului focalizat, densitatea de putere laser este proporțională cu puterea laserului: o putere mai mare crește adâncimea de penetrare și viteza de sudare. Cu toate acestea, puterea excesivă provoacă o supraîncălzire severă a băii topite, crește lățimea sudurii și zona afectată termic (HAZ) și duce la mai multe stropi, care pot contamina lentila de sudură. Cu o putere mare, stratul de suprafață poate fi încălzit până la punctul de fierbere și vaporizat semnificativ în câteva microsecunde, ceea ce îl face ideal pentru procesele de îndepărtare a materialului, cum ar fi găurirea, tăierea și gravarea. Cu o putere mai mică, suprafața are nevoie de milisecunde pentru a atinge punctul de fierbere, iar stratul de bază se topește înainte de vaporizarea suprafeței, facilitând o bună sudare prin fuziune.
2. Lățimea impulsului laser
Lățimea impulsului laser, sau „lățimea impulsului”, este un parametru cheie în sudarea cu laser pulsat. Este determinată de adâncimea de penetrare și de zona de suprafață termică (HAZ): lățimile impulsurilor mai mari cresc HAZ, iar adâncimea de penetrare crește odată cu rădăcina pătrată a lățimii impulsului. Cu toate acestea, lățimile impulsurilor mai mari reduc puterea de vârf, așa că sunt utilizate în general pentru sudarea prin conducție termică, formând suduri largi și superficiale - potrivite în special pentru îmbinările suprapuse ale plăcilor subțiri și groase. Cu toate acestea, puterea de vârf scăzută provoacă un aport excesiv de căldură, iar fiecare material are o lățime optimă a impulsului pentru o adâncime maximă de penetrare.
3. Selectarea gradului de defocalizare
Poziția punctului focalizat este critică însudarea prin fuziune cu laserCând focarul este deasupra suprafeței piesei de prelucrat, adâncimea de penetrare este mică, ceea ce face dificilă sudarea cu penetrare profundă. Când focarul este sub suprafață, densitatea de putere din interiorul piesei de prelucrat este mai mare decât cea de pe suprafață, promovând o topire și vaporizare mai puternică, permițând transferul energiei mai adânc în piesa de prelucrat și crescând adâncimea de penetrare. Există două moduri de defocalizare: defocalizare pozitivă (planul de focalizare deasupra piesei de prelucrat) și defocalizare negativă (planul de focalizare sub piesa de prelucrat). În practică, pentru plăcile groase care necesită o adâncime mare de penetrare, se utilizează defocalizarea negativă, focarul laserului fiind de obicei la 1-2 mm sub suprafața piesei de prelucrat. Pentru plăcile subțiri, se preferă defocalizarea pozitivă, cu focarul la 1-1,5 mm deasupra suprafeței.
4. Viteza de sudare
Cu alți parametri fixați, adâncimea de penetrare scade pe măsură ce viteza de sudare crește, în timp ce eficiența se îmbunătățește. Vitezele excesiv de mari nu îndeplinesc cerințele de penetrare; vitezele excesiv de mici provoacă topire excesivă, suduri largi, supraîncălzire a zonelor periculoase și o tendință crescută de fisurare la cald.sudarea cu laser pulsatViteza este determinată și de frecvența maximă a impulsurilor și de suprapunerea necesară a punctelor - fiecare punct de impuls ulterior trebuie să se suprapună într-o oarecare măsură. Astfel, pentru o anumită putere laser și grosime a materialului, există un interval de viteză optim, în care adâncimea maximă de penetrare este atinsă la o anumită viteză.
5. Gaz de protecție
Gazele inerte sunt adesea utilizate pentru a proteja baia topită în timpul sudării cu laser. Deși unele materiale pot să nu necesite protecție împotriva oxidării suprafeței, majoritatea aplicațiilor necesită. În mod tradițional, Ar, N₂ și He sunt utilizate pentru sudarea cu laser a aliajelor de aluminiu pentru a preveni oxidarea. Teoretic, He este cel mai ușor material, având cea mai mare energie de ionizare, dar la putere mică și viteze mari, plasma este slabă, reducând la minimum diferențele dintre gaze. Studiile arată că, în aceleași condiții, N₂ induce mai ușor formarea de găuri de cheie datorită reacțiilor exoterme cu Al; compușii ternari Al-NO rezultați au o absorbție laser mai mare. Cu toate acestea, N₂ pur formează faze fragile Al-N și pori în suduri. Gazele inerte, fiind ușoare, scapă fără a provoca pori, ceea ce face ca gazele mixte să fie mai eficiente. Recent, cercetările privind sudarea cu laser a Al folosind amestecuri Ar-O₂ și N₂-O₂ au crescut.
6. Absorbția materialelor
Absorbția energiei laser de către material depinde de proprietăți precum absorbția, reflectivitatea, conductivitatea termică, temperatura de topire și temperatura de evaporare, absorbția fiind cea mai importantă. Factorii care afectează absorbția includ:
Rezistență electrică: Pentru suprafețele lustruite, absorbția este proporțională cu rădăcina pătrată a rezistivității, care variază în funcție de temperatură.
Starea suprafeței: Afectează semnificativ absorbția și, prin urmare, rezultatele sudării.
Sfaturi de operare și restricții pentru sudarea cu laser cu fibră portabilă
1. Evitați radiațiile arcului
Aparate de sudură cu laser cu fibră portabileUtilizați lasere cu fibră de clasa 4 care emit radiații (1080±3)nm cu o putere de ieșire care depășește 1000W (în funcție de model). Expunerea directă sau indirectă poate deteriora ochii sau pielea. Deși invizibilă, fasciculul poate provoca leziuni ireversibile retinei sau corneei. Purtați întotdeauna ochelari de protecție laser certificați atunci când laserul funcționează. Nu priviți niciodată direct spre capul de ieșire în timp ce laserul este pornit, nici măcar cu ochelari de protecție.
2. Setarea parametrilor de sudură
Setați puterea laserului la o valoare redusă pe ecranul tactil (așa cum se arată în Figura 8-2). Plasați duza de cupru a capului de sudură pe piesa de lucru și apăsați comutatorul torței pentru a emite laser pentru sudare. Parametri tipici: frecvența laserului 5000Hz, viteza galvanometrului 300–600, întârzierea gazului >100ms, ciclu de funcționare 100% pentru emisie continuă. Reglați lățimea sudurii în funcție de golurile de asamblare; puterea este reglabilă de la 0–1000W (0–100% din maxim). După introducerea parametrilor, faceți clic pe „OK” și salvați pentru ca setările să aibă efect.
4. Nu măriți excesiv viteza de sudare
Sudurile se formează prin mișcarea sursei laser (vezi Figura 8-3). Adâncimea și lățimea depind de viteză și putere, cu viteze tipice de 1–3 m/min, producând suprafețe netede, fără depuneri de crustă, cu un raport de aspect <1. Pentru curent și tensiune fixe, modificarea vitezei afectează direct aportul de căldură, modificând penetrarea și lățimea. Vitezele excesiv de mari cauzează o încălzire insuficientă, ducând la penetrare redusă, lățime îngustă, tăiere superficială, pori și penetrare incompletă.
Curățare mecanică: Folosiți perii din oțel inoxidabil sau roți pneumatice pentru a îndepărta oxizii până la obținerea unui finisaj alb strălucitor. Sudați imediat după lustruire; lustruiți din nou dacă sudarea este întârziată cu mai mult de 36 de ore.
Curățare chimică: Îndepărtați oxizii folosind reacții chimice (metodele variază în funcție de material). Tabelul 8-3 prezintă metodele de curățare chimică pentru aliajele de aluminiu. Îndepărtați uleiul/praful cu solvenți organici (benzină, alcool izopropilic) prin înmuiere, ștergere și uscare.
5. Minimizarea porozității
Porii de hidrogen sunt obișnuiți în sudarea cu laser a aliajelor de aluminiu. Reduceți-i prin îndepărtarea umidității de suprafață, a uleiului și a oxizilor. Prelungirea timpului de răcire a băii de material topit (prin creșterea duratei impulsului) ajută la eliberarea gazelor, deoarece ciclul termic rapid al sudării cu laser limitează eliberarea de gaze. Evitați pozițiile de focalizare sau defocalizare negativă, unde reacțiile intense ale băii de material topit și vaporizarea aliajului cresc porozitatea; utilizați o energie mai slabă prin ajustarea defocalizării pentru a reduce vaporizarea.
6. Acordați atenție posturii de susținere a torței
Pistolele laser portabile (vezi Figura 8-4) sunt mai grele decât pistoletele TIG și au cabluri groase, ceea ce provoacă oboseala operatorului. Pentru sudarea prelungită, țineți pistoletul cu ambele mâini, mențineți duza în contact cu piesa de lucru, aliniați vizual sudura și trageți pistoletul constant spre dumneavoastră. Ajustați postura în funcție de poziția de sudare pentru a minimiza oboseala și numărul de îmbinări.
7. Prevenirea leziunilor cu laser
Operarea necorespunzătoare poate cauza accidente. Respectați aceste reguli:
Nu priviți niciodată fix capul de ieșire laser în timpul funcționării.
Nu utilizațilasere cu fibrăîn medii slab iluminate/întunecate.
Nu îndreptați niciodată lanterna spre persoane atunci când dispozitivul este activ.
Folosiți bariere metalice la o distanță de maximum 3 m de zona de sudură.
Restricționați accesul în zona de sudură doar operatorilor.
Purtați echipament de protecție (ochelari de protecție certificați, măști, mănuși). Nu priviți niciodată fix la capul de ieșire în timp ce laserul este pornit, nici măcar cu ochelari de protecție.
Manevrați cu grijă torța și cablul (rază minimă de îndoire > 200 mm).
Dezactivați tasta de emisie laser atunci când nu este utilizată.
Asigurați calitatea duzelor pentru o protecție eficientă a gazului:
Pereți interiori netezi, concentrici cu laserul.
Înlocuiți prompt duzele deformate pentru a menține o mișcare constantă a torței.
Dimensiunea deschiderii duzei (vezi Figura 8-6) afectează calitatea sudurii: deschiderile mai mari cresc debitul de gaz, accelerând solidificarea și crescând riscurile de porozitate/fisurare.
8. Evitați vitezele mari pentru aliajele sensibile la fisuri
Sudură cu laser manualăutilizează torțe galvanometrice oscilante, autogene, fără fir. Vitezele mari reduc penetrarea, îngustează sudurile, provoacă tăieri superficiale și perturbă acoperirea cu gaz protector, agravând protecția. Se utilizează viteze mai mici pentru aliajele sensibile la fisuri.
9. Asigurați calitatea îmbinării
Diferențele de temperatură și sudarea fără sârmă pot cauza arderi, cratere sau fisuri în cratere. Sudați continuu pentru a minimiza opririle; dacă opririle sunt inevitabile (de exemplu, schimbări de poziție, sudură segmentată), încetiniți ușor (10 mm) înainte de oprire pentru a preveni craterele. Reîncepeți la 20 mm în spatele craterului anterior pentru suprapunere și calitate.
10. Urmați mișcarea corectă a torței
Trageți torța spre dumneavoastră (de departe spre aproape) fără oscilații laterale. Mențineți o viteză constantă, monitorizând în același timp formarea consistentă a sudurii. Pentru sudarea verticală, utilizați deplasarea în jos (nu în sus) pentru a obține o solidificare rapidă și a asigura o mișcare constantă.
11. Evitați tăieturile superficiale, racordurile mici și colapsul în sudurile suprapuse
Pentru sudurile suprapuse, ajustați unghiul de incidență al laserului astfel încât galvanometrul să acopere 2/3 din placa verticală (vezi Figura 8-7). Aceasta topește placa verticală (ca umplutură) și 1/3 din placa de bază prin conducție termică, formând o sudură de dimensiuni suficient de mari după răcire. Sudurile suprapuse slabe slăbesc rezistența îmbinării, reduc rezistența la fisuri sau provoacă defecțiuni structurale - evitați tăierea superficială.
12. Reducerea reflectivității în sudarea aliajelor de aluminiu
Aluminiul reflectă 60–98% din energia laserului. Reflectivitatea scade brusc la punctul de topire și se stabilizează atunci când este topit. Absorbtivitatea scade odată cu creșterea unghiului de incidență; absorbția maximă apare la incidență normală (ajustați pentru protecția lentilei). Reduceți reflectivitatea prin îndepărtarea oxizilor prin curățare mecanică/chimică.
13. Utilizarea corectă a gazului de protecție
Gazul de protecție afectează formarea, penetrarea și lățimea sudurii. Majoritatea gazelor îmbunătățesc calitatea, dar pot avea dezavantaje:
Ar: Energie de ionizare scăzută, formare ridicată de plasmă (reducând eficiența laserului), dar inert, cost redus și dens - acoperind eficient baia topită (ideal pentru uz general).
N₂: Energie de ionizare moderată (reduce plasma mai bine decât Ar), dar reacționează cu aluminiu/oțelul carbon pentru a forma nitruri fragile, reducând tenacitatea (nu este recomandat pentru aceste materiale). Potrivit pentru oțel inoxidabil, unde nitrurile sporesc rezistența.
14. Debitul gazului de protecție
Gazul este ejectat prin duză la o presiune specifică. Designul hidrodinamic al duzei și diametrul de ieșire sunt critice: suficient de mari pentru a acoperi sudura, dar restricționate pentru a preveni curgerea turbulentă (care atrage aerul și provoacă porozitate). Pentru sudarea cu laser manuală, debitul tipic este de 7 l/min. Debitul excesiv amestecă contaminanții în baia de topit, compromițând puritatea gazului - selectați debitul corect.
15. Poziția focalizării laserului
Poziție de focalizare: Cel mai mic punct, cea mai mare energie - utilizați pentrusudură prin punctesau consum redus de energie, cerințe minime pentru dimensiunea spotului (vezi Figura 8-8).
Defocalizare negativă: Punct mai mare (crește odată cu distanța față de focalizare) - potrivit pentru sudarea continuă cu penetrare profundă și sudarea prin puncte adânci.
Defocalizare pozitivă: Punct mai mare (crește odată cu distanța față de focalizare) - potrivit pentru sigilarea suprafețelor sau sudarea continuă cu penetrare redusă.
Control pentru sudarea cu penetrare completă: O ușoară schimbare de culoare pe spate indică o calitate bună; urmele/penetrările evidente cauzează stropi sau caneluri adânci în sudarea continuă. Ajustați focalizarea, energia și forma de undă pe baza mostrelor. Folosiți puncte mai mici pentru materiale mai subțiri pentru a evita arderea.
Data publicării: 21 august 2025
