Lasersveisingforvrengning er et vanlig problem når ekstremt høy varme brukes til å smelte metall. Lær hvordan du minimerer sveiseforvrengning og tips om hvordan du kan fikse det når det skjer.
Lasersveisinger en kraftig teknologi som bruker varmen som genereres av laserteknologi til å smelte sammen to materialer (som stålplater). Sveising står overfor utfordringen med sveiseforvrengning på grunn av metallers naturlige reaksjon på ekstrem varme. Dette er en deformasjon som kompromitterer integriteten til det smeltede metallet. Heldigvis finnes det måter å minimere forvrengning ved å implementere sveiseprosessparametere.
I denne artikkelen vil vi fokusere på hva sveiseforvrengning er, hva som forårsaker det, og hvordan man kan minimere effektene. Du vil også finne effektive tips for å hjelpe deg med å håndtere effekten av sveiseforvrengning.
Hva erlasersveisingdeformasjon?
Sveisedeformasjon eller deformasjon innebærer endringer i formen og størrelsen på metallstrukturen. Dette er en naturlig effekt av sveising. Når metaller erlasersveiset, blir de utsatt for ekstremt høy varme som får dem til å smelte. Dette får materialet til å utvide seg.
Når det smeltede metallet avkjøles til romtemperatur, stivner det og begynner å krympe. Dette er reststress. Hvis oppvarmingen er lokalisert og resten av metalloverflaten ikke er oppvarmet, vil den ikke utvide seg eller trekke seg sammen på samme måte. Dette forårsaker forvrengning.
Materialer som lett deformeres etter sveising
For å finne ut hvorfor et materiale er mottakelig for sveiseforvrengning, må du forstå egenskapene som påvirker forvrengning. Noen materialer er mer utsatt for deformasjon på grunn av både fysiske og mekaniske egenskaper.
1. Fysiske egenskaper er mål på termisk ekspansjon og varmeledningsevne.
Termisk ekspansjon er bevegelse av metall når det utvider seg når det varmes opp og trekker seg sammen når det avkjøles. Hvis det er en høy koeffisient, utvider materialet seg og trekker seg lettere sammen – så det vil vri seg mer.
Termisk ledningsevne, derimot, måler strømmen av varme langs et materiale. Høy varmeledningsevne sprer varmen raskere. Siden tilstedeværelsen av varme kan gjøre at materialer lett deformeres, øker lav ledningsevne sjansen for deformasjon under sveising.
2. Når det gjelder mekaniske egenskaper, må to faktorer vurderes, flytegrense og elastisitetsmodul. ?
Flytegrense refererer til hvor mye trykk et materiale tåler som respons på ytre krefter. Derfor har materialer med høyere flytegrenser høyere restspenninger og deformeres dermed lettere.
Elastisitetsmodul refererer til et materiales evne til å utvide seg og trekke seg sammen. En høyere elastisitetsmodul betyr at materialet har større evne til å motstå deformasjon.
Tar disse egenskapene i betraktning, kan du anta at hvis et materiale har en høyere termisk ekspansjonskoeffisient, lavere varmeledningsevne, høyere flytegrense og lavere elastisitetsmodul.
Materialer som lett deformeres etter sveising
Sammenligner du rustfritt stål med karbonstål, kan du anta at førstnevnte er mer utsatt for deformasjon fordi den har høyere flytegrense og varmeutvidelseskoeffisient samt lavere varmeledningsevne.
Mellom aluminium og kobber er førstnevnte utsatt for deformasjon fordi den har en høyere flytestyrke termisk ekspansjonskoeffisient og lavere varmeledningsevne.
Typer og årsaker tillasersveisingdeformasjon
Det er utført flere studier for å identifisere de virkelige årsakene til deformasjon etter lasersveiseprosessen. I følge en studie påvirker 3 faktorer betydelig lasersveiseutbytte: materiale, prosess og geometri.
For eksempellasersveisingdeformeres fordi sveiseparametrene påføres metalloverflaten på forskjellige måter. Sveisehastighet, strøm, vinkel osv. vil være konsentrert om delene som sveises. Når man beveger seg bort fra sveiseområdet, avtar varmen gradvis og termiske effekter som metallekspansjon reduseres også.
Derfor kan det trygt antas at ekspansjonen vil variere avhengig av intensiteten av varme som mottas av metallet. I eksemplet som er gitt, utvider den sveisede delen seg mest fordi den mottar mest varme fra laserkilden.
Når sveiseprosessen avsluttes, vil metallet begynne å avkjøles og krympe. Metallet vil fortsette å krympe med samme mengde som det utvider seg. Dette kalles reststress.
Hvis spenningen er større enn flytegrensen til grunnmaterialet, kan det oppstå to typer spenninger.
Trykkspenning oppstår i området rundt kanten av grunnmetallet.
Strekkspenning Dette oppstår når sammentrekningen av et oppvarmet metall motvirkes av resten av metallets overflate (den uoppvarmede overflaten).
For å forstå dette ytterligere, er det best å vurdere de forskjellige måtene deformasjon kan oppstå når sveisingen er fullført.
1. Langsgående deformasjon
Som navnet antyder, skjer denne deformasjonen langs lengden av materialet som sveises. Når den avkjøles, krymper sveisen og området rundt den. Som et resultat vil arbeidsstykket bli kortere. Dette fører til at de ytre kantene ser lengre ut og den midtre delen ser buede ut.
Spesielt hvis arbeidsstykket ikke er festet riktig, vil deformasjonen være maksimal.
2. Lateral forvrengning
Denne typen forvrengning oppstår når kantene på metallet trekkes mot hverandre. Denne deformasjonen er forårsaket av krymping som overstiger ekspansjonen som opprinnelig skjedde under lasersveising.
3. Vinkelforvrengning
Vinkelforvrengning oppstår når vinkelen på metallplaten endres på grunn av krymping etter at sveiseoppgaven er fullført. Kantene på metallplaten trekkes mot hverandre på den ene siden, noe som får materialet til å se buet ut.
Hvis sveisen føyer sammen metall i en vertikal vinkel, vil det vertikale metallet ikke virke rett, men snarere buet.
4. Kompleks forvrengning
Denne typen er en kombinasjon av vendingene diskutert tidligere. Det ser ut som det bøyer seg, bøyer seg eller vrir seg. Dette er forskjellige typer bøyninger og deformasjoner som kan kompromittere integriteten til det sveisede materialet. Uansett hvor sterkt metallet er, hvis lasersveising får det til å deformeres, vil sveisen mislykkes.
10 måter å minimere sveiseforvrengning
Selv om forvrengning er uunngåelig, betyr det ikke at det ikke er noe du kan gjøre for å minimere det. På samme måte som det finnes ulike typer deformasjoner, er det også ulike måter å forhindre at rustfritt stål og andre metaller deformeres. Dette har ingenting med styrken til det valgte stålet å gjøre. Det som betyr mer er hva du gjør før, under og etter sveiseoppgaven.
Her er 10 forskjellige sveiseideer du kan bruke.
1. Unngå overdreven sveising
Sveising av store områder øker krympingen som oppstår. Dette er grunnen til at du bør planlegge lasersveiseprosessen, spesielt når du trenger å jobbe på store overflater. Justering av overflatedimensjoner minimerer sveiseforvrengning og restspenninger, og unngår dermed bortkastet metall og tid.
2. Bruk intermitterende sveising
Dette er en teknikk som gir plass mellom sveisene. I stedet for en kontinuerlig sveis, vil du sveise en tomme og deretter la det være plass til det usveisede metallet før du lager en ny sveis. Dette kan effektivt redusere deformasjonen etter at sveisingen er fullført.
3. Reduser antall overføringer
En annen måte å unngå forvrengning på er å begrense antall passeringer i sveiseprosessen. Pass på at én gang er nok for å unngå deformasjon. Du kan prøve å utføre ett stort sveisepass i stedet for flere små sveisepass. I følge TWI produserer en større enkelt sveis mindre vinkeldeformasjon enn en sveis dannet av flere små gjennomføringer
4. Vurder sveiseplasseringen
Plasseringen av sveisingen er også viktig. Ideelt sett bør du plassere sveisen nær midten eller nøytralaksen til materialet. Dette vil minimere forvrengning når lasersveisingen begynner å krympe fordi det vil være mindre innflytelse når krympekreftene prøver å bevege seg ut av justering.
5. Prøv baktrinnssveiseteknikken
Back-step sveising er en teknikk der sveiseretningen er fra venstre mot høyre, men sveisestrengsegmentene avsettes fra høyre mot venstre. Hvis du gjør dette, utvides kantene der perlesegmentene er plassert for midlertidig å skille metallplaten.
Når bevegelsen fra venstre til høyre er fullført, vil fortsettelsen av perlene føre til at ekspansjonen reduseres etter hvert som prosessen er fullført. Dette er en effektiv måte å minimere forvrengning.
6. Forhåndsinnstilte sveisedeler
Dette vil innebære noen testing for å sikre minimal forvrengning når sveisingen er fullført. Bestem forhåndsinnstillingen som kreves for tidligere sveising, slik at du kan estimere krympingen du vil oppleve. Dette vil tillate deg å gjøre justeringer for å minimere krymping og forvrengning.
7. Lag en sveisesekvens
Ikke bare bruk en rett linje for å sveise deler. Lag en planlagt sveisesekvens som kan motvirke krymping av en annen del av materialet som monteres. Basert på din kunnskap om hvordan metall krymper, kan du lage en sekvens som balanserer reaksjonene for å forhindre deformasjon.
8. Klem delen for å låse den på plass
Et annet alternativ er å bruke en pilk når du skal sveise delene sammen. Dette vil sikre dem og forhindre at utvidelse eller sammentrekning forvrenger dem. Hold delene på plass til prosessen er fullført. Mangelen på bevegelse reduserer forvrengning.
9. Vurder termisk stressavlastning
Dette er en teknologi som kontrollerer oppvarming og avkjøling av deler som er sammenføyd ved sveising. Det er da du øker temperaturen og kontrollerer kjølestyringsbelastningen ved å bruke den mens du sveiser produktet.
10. Forkort sveisetiden
Du kan også korte ned sveisetiden for å redusere risikoen for forvrengning. Dette ville vært utfordrende hvis du skulle gjøre dette manuelt. Delene du sveiser først vil avkjøles før de er ferdige. Men hvis du har mekanisert utstyr for sveising, kan du redusere behandlingstiden og holde forvrengning på et minimum.