Основы лазерной сварки: 8 основных концепций

Основные теоретические знания о лазерной сварке

1. Характеристики лазерной сварки

Преимущество

(1) Малый диапазон обработки может обеспечить лучший контроль над потребляемой энергией, что приводит к снижению теплового напряжения, меньшему зона термического влиянияи меньшая тепловая деформация.

(2) Узкие и гладкие сварные швы требуют меньшего количества процессов послесварочной обработки или не требуют ее вовсе.

(3) Быстрая скорость охлаждения и тонкая структура сварного шва обеспечивают отличную производительность сварное соединение.

(4) Процесс отличается высокой скоростью обработки и коротким рабочим циклом.

(5) Микросварка и передача на большие расстояния могут быть выполнены без использования вакуумного устройства, что делает его идеальным для массового автоматического производства.

(6) Лазерная сварка легко интегрируется с другими методами обработки, такими как гибка, штамповка и сборка, и хорошо подходит для автоматического производства.

(7) Производственный процесс легко контролируется, так как система датчиков отслеживает процесс в режиме реального времени, гарантируя качество сварки.

(8) Лазерная сварка не требует контакта с заготовкой, что позволяет избежать контактного напряжения.

Недостаток

Несмотря на то, что лазерная сварка имеет множество преимуществ и является перспективным методом сварки, она также имеет определенные ограничения.

(1) The толщина сварки ограничена и подходит в основном для тонких материалов.

(2) Заготовка должна быть зажата с высокой точностью, а зазор должен быть минимальным. Для этого часто требуются прецизионные сварочные приспособления, которые могут быть относительно дорогими.

(3) Точное позиционирование имеет решающее значение, а требования к программированию относительно высоки.

(4) Сварка материалов с высокой отражательной способностью и высокой теплопроводностью, таких как алюминиевые и медные сплавы, может оказаться сложной задачей.

(5) Быстрое затвердевание сварного шва может привести к задержке газа и возникновению пористости и хрупкости.

(6) Оборудование дорогостоящее, и для мелкосерийного производства или производства со сложным позиционированием и процессами экономическая эффективность может быть неоптимальной.

2. Классификация лазеров сварка

Lпроникновение асера

Лазерная глубина сварка проплавлением требует, чтобы лазерный луч имел высокую плотность энергии, обычно более 10 кВт/мм2. Это приводит не только к плавлению металла, но и к образованию паров металла.

Давление, создаваемое образующимся паром металла в расплавленном бассейне, заставляет его вытеснять жидкий металл. По мере того как металл продолжает плавиться, а количество паров металла уменьшается, образуется узкое и тонкое отверстие для паров металла.

Отверстие окружено жидким расплавленным металлом, и по мере продвижения лазерного луча отверстие движется вместе с ним. Жидкий металл за отверстием продолжает застывать, образуя сварной шов.

Проникновение лазера

1. Отверстие для ключа
2. Расплавленный металл
3. Сварные швы
4. Лазерный луч
5. Направление сварки
6. Металлический пар
7. Заготовка

лазерная сварка

Сайт лазерная сварка характеризуется узкой и тонкой формой, а соотношение глубины и ширины может достигать 10:1.

3. Лазерная теплопроводная сварка (сварка кромок)

Лазерный луч направляется вдоль края материала, заставляя расплавленный материал плавиться и застывать, образуя сварной шов. Глубина сварного шва может варьироваться от нуля до одного миллиметра, а толщина материала обычно не превышает 3 мм, как правило, составляя менее 2 мм.

Лазерная теплопроводная сварка

1. Расплавленный материал
2. Сварка
3. Лазерный луч
4. Направление сварки
5. Заготовка

Твердотельный лазерное тепло Кондукторная сварка используется в основном для сварки углов тонких пластин, например, корпусов аккумуляторов, кардиостимуляторов и крышек некоторых станков. Этот метод сварки В результате получается ровный и чистый сварной шов, не требующий дополнительной обработки.

Теплопроводная сварка

4. Форма сварочной головки

Стыковая сварка

Стыковая сварка

Круг

Круг

Сварка внахлест

Сварка внахлест

Филейная сварка

Филейная сварка

Обжимная сварка

Обжимная сварка

5. Технические характеристики лазерной сварки

6. Материалы, подходящие для лазерная сварка

(1). Углеродистая сталь и обычная легированная сталь

В целом углеродистая сталь хорошо подходит для лазерной сварки, а качество сварного шва зависит от уровня содержания примесей. Высокое содержание серы и фосфора может привести к сварочные трещиныПоэтому лазерная сварка не подходит для материалов с высоким содержанием этих элементов.

Как средне- и высокоуглеродистые стали, так и обычные легированные стали могут эффективно свариваться лазером, однако для снятия напряжения и предотвращения образования трещин необходимы предварительный нагрев и послесварочная обработка.

(2). Лазерная сварка нержавеющей стали

В общем, лазер сварка нержавеющей стали по сравнению с традиционными методами сварки позволяет получать высококачественные соединения.

Нержавеющая сталь с низкой теплопроводностью более благоприятна для достижения глубокого и узкого провара.

Нержавеющую сталь можно разделить на четыре основные категории: ферритная нержавеющая сталь (которая может привести к охрупчиванию швов), аустенитная нержавеющая сталь (склонная к горячему растрескиванию), мартенситная нержавеющая сталь (известная своими плохими свариваемость), и дуплексной нержавеющей стали (которая может быть склонна к охрупчиванию в зоне влияния сварки).

(3). Лазерная сварка алюминиевого сплава

Высокая отражательная и тепловая способность проводимость алюминия Поверхности сплавов затрудняют лазерную сварку.

При лазерной сварке высокореактивных материалов пороговое значение энергии становится более выраженным.

Сварочные свойства различных серий и марок алюминиевые сплавы варьироваться.

Алюминий сварка сплавом трудности:

Алюминий обладает сильной окислительной способностью и подвержен окислению на воздухе и во время сварки. Полученный глинозем имеет высокую температуру плавления и отличается высокой стабильностью.

Удаление оксидной пленки является сложной задачей, и она имеет значительную долю, что затрудняет ее отделение от поверхности. Это может привести к таким дефектам, как шлаковые включения, неполное сплавление и неполное проникновение.

Оксидная пленка на поверхности алюминия также может адсорбировать значительное количество воды, что приводит к образованию пор в сварном шве.

К чистоте заготовок предъявляются высокие требования.

Алюминий обладает более высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью.

Для того чтобы эффективно сваривать алюминийРекомендуется использовать источники энергии с высокой концентрацией и мощностью. Кроме того, предварительный нагрев иногда может использоваться в качестве технологической меры.

Как правило, требуемая мощность лазера относительно велика.

Алюминий имеет большой коэффициент линейного расширения и испытывает значительную объемную усадку при затвердевании, что приводит к высоким деформациям и напряжениям в сварном шве. Это может привести к образованию усадочных полостей, усадочной пористости, термическому растрескиванию и высоким внутреннее напряжение.

Алюминий обладает высокой способностью отражать свет и тепло.

Во время превращения твердого тела в жидкое состояние цвет заметно не меняется, поэтому трудно судить о том, что происходит во время процесс сварки.

Высокотемпературный алюминий обладает низкой прочностью и с трудом выдерживает расплавленный бассейн, что делает его склонным к сварке насквозь.

Лазер, используемый для сварки, должен быть устойчив к высокое отражение.

Образование пор - обычное явление при сварке алюминия. Алюминий и его сплавы могут растворять значительное количество водорода в жидком состоянии, но практически не растворяют его в твердом состоянии.

Во время застывания и быстрого охлаждения сварочной ванны водород не успевает выходить, что приводит к образованию водородных пор.

К чистоте заготовки предъявляются высокие требования, включая сушку заготовки и окружающей ее среды.

Испарение и горение элементы сплава во время сварки может привести к снижению качества сварного шва.

(4). Сварка медного сплава

Процесс сварки зеркальной меди аналогичен процессу сварки алюминиевого сплава, но зеркальная медь обладает более высокой способностью к отражению.

В промышленности чаще всего используются марки T1, T2 и T3, которые имеют характерный фиолетовый цвет и поэтому также известны как красная медь.

Легко генерируется дефекты сварки:

  • Неполное слияние и неполное проникновение (лазерный луч высокой плотности энергии)
  • Сварочная деформация
  • Термическая трещина (в процессе кристаллизации медь и медные сплавы обладают очевидной термической хрупкостью из-за распределения эвтектики с низкой температурой плавления между дендритами или границами зерен. Кроме того, термические трещины очень легко возникают под воздействием сварочных напряжений).
  • Поры (поры в сварных швах из красной меди - это в основном водородные поры).

7. Сварочный защитный газ

Используйте сварочный защитный газ для защиты сварочного эффекта:

Некоторые процессы сварки требуют использования сварочный защитный газ образует тонкий защитный слой на поверхности сварного шва. Этот слой помогает предотвратить воздействие окружающего воздуха на сварной шов.

Основная цель защитного газа - предотвратить реакцию расплавленного металла с кислородом, водяным паром или углекислым газом воздуха.

Обычно в качестве защитных газов используются гелий, аргон, азот или смесь газов. Тип используемого газа обычно определяется свариваемым материалом.

Защитный газ подается к поверхности сварки через защитную газовую трубу или через само приспособление.

Обратите внимание, что использование защитного газа для сварки трехмерных деталей может увеличить сложность перемещения робота.

8. Требования к сварке

Перед началом сварки необходимо четко определить технические требования, которые обычно включают в себя прочность сварного шва (например, требования к проплавлению, контроль пор, контроль трещин и т.д.), внешний вид (включая плоскостность шва, уровень окисления, соотношение глубины и ширины и т.д.) и герметичность (выдерживание давления воздуха).

(1). Сварной шов

Проверка качества:

Цель любого контроля качества - убедиться в том, что характеристики детали удовлетворяют требованиям эксплуатации.

Для сварки стандарт качества лазерной сварки в первую очередь ориентирован на сварной шов и зону термического влияния, образующуюся во время сварки.

(2). Основные требования:

Сварные швы должны отвечать следующим двум последним требованиям к качеству:

  • Ширина и глубина шва должны соответствовать требованиям технических условий и прочности сварки.
  • Качество изображения кристалла сварного шва: внутренняя структура шва должна быть как можно более однородной, а зерна - мелкими и равномерными.

Спецификация сварочных процедур также содержит некоторые другие стандарты сварки и дефекты сварки.

На следующем рисунке показаны различные дефекты сварки:

Дефекты качества сварных швов

Дефекты качества сварных швов

(3). Внутренние дефекты сварного шва:

Типичные внутренние дефекты сварного шва:

Неполное проплавление: чрезмерный сварочный зазор

Воздушное отверстие: небольшое количество воздуха или пузырьков, попавших в сварной шов; трещина: на поверхности или внутри сварного шва

Дефекты качества нахлесточных соединений

Дефекты качества нахлесточных соединений

(4). Внешние дефекты сварки:

Неравномерная форма сварного шва: например, микротрещины, вызванные разрушением сварного шва

Брызги расплавленного металла: На поверхности шва образуются ямки из-за "взрыва" расплавленного металла, что снижает прочность сварки и даже образует поры

Разрушение поверхности шва и углубление дна шва: уменьшение зоны эффективного напряжения в сварном шве и снижение прочности шва

Несоответствие: при сварке встык смещение приводит к уменьшению эффективной площади шва

Дуговой кратер: уменьшение зоны эффективного напряжения сварного шва

Окисление: снижают устойчивость нержавеющей стали к окислению

Всплеск: брызги попадают на поверхность сварного шва или заготовки, снижают качество поверхности и увеличивают необходимость последующей обработки

Сварочная деформация, вызванная тепловым воздействием: В процессе сварки тепло внутри шва будет передаваться заготовке вокруг шва, что приведет к небольшой деформации. Если заготовка должна иметь большое количество сварных швов, последовательность сварки должна быть выбрана разумно.

Как выбрать Лазерная сварочная машина

Для углеродистой и нержавеющей стали:

  • Пластина 3 мм, скорость 2 м/мин, требуется не менее 2 кВт;
  • Пластина 4 мм, скорость 2 м/мин, требуется не менее 3 кВт;
  • Пластина толщиной 5 мм при скорости 2 м/мин требует минимум 4 кВт.
Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Освоение CAD/CAM: Основные технологии с пояснениями

Основные концепции автоматизированного проектирования и автоматизированного производства Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM) - это комплексная и технически сложная дисциплина системного инжиниринга, которая включает в себя такие различные области, как компьютерная [...]...

Виртуальное производство: Концепции и принципы

Концепция виртуального производства Виртуальное производство (ВП) - это фундаментальная реализация реального производственного процесса на компьютере. В нем используются технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, поддерживаемые высокопроизводительными [...]...

Понимание гибких производственных систем: Руководство

Гибкая производственная система (FMS) обычно использует принципы системной инженерии и групповой технологии. Она объединяет станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающие центры), координатно-измерительные машины, системы транспортировки материалов, [...]...

Изучение 4 передовых методов нанофабрикации

Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механические [...].

Сверхточная обработка: Виды и технологии

Сверхточная обработка относится к прецизионным производственным процессам, в которых достигаются чрезвычайно высокие уровни точности и качества поверхности. Ее определение относительно и меняется по мере развития технологий. В настоящее время эта технология позволяет достичь [...].

Выбор правильного приспособления для ЧПУ: Типы и советы

В настоящее время механическую обработку можно разделить на две группы в зависимости от серийности производства: Среди этих двух категорий, первая составляет около 70-80% от общей стоимости продукции механической обработки [...]...

Топ-4 метода специальной обработки в современном машиностроении

В этой статье в основном представлены несколько зрелых методов специальной обработки. I. Обработка электрическим разрядом (EDM) EDM - это метод обработки токопроводящих материалов, использующий явление электрической коррозии во время [...]...

Что такое обработка с ЧПУ? Виды, преимущества, недостатки и этапы обработки

Что такое обработка с ЧПУ? Числовое программное управление (ЧПУ) - это метод управления движением и операциями обработки на станках с помощью оцифрованной информации. Станки с числовым программным управлением, часто сокращенно называемые [...]...

Изучение высокоскоростной резки: Обзор технологий и применение

Обработка резанием остается наиболее распространенным методом механической обработки, играющим важную роль в механическом производстве. С развитием производственных технологий технология обработки резанием претерпела значительный прогресс в [...].

Топ-7 новых инженерных материалов: Что нужно знать

Под передовыми материалами понимаются недавно исследованные или находящиеся в стадии разработки материалы, обладающие исключительными характеристиками и особыми функциональными свойствами. Эти материалы имеют огромное значение для развития науки и техники, [...]...

Методы расширения металла: Исчерпывающее руководство

Формирование выпуклости подходит для различных типов заготовок, таких как чашки глубокой вытяжки, разрезанные трубы и прокатные конические сварные изделия. Классификация по средствам формования выпуклости Методы формования выпуклости можно разделить [...].
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.