Sklop za zavarivanje
1. Razmak i neusklađenost sklopa
Kvaliteta montaže ključna je za osiguranje kvalitete zavarivanja. Prekomjerni razmaci pri montaži ili neusklađenost mogu lako uzrokovati nedostatke poput progorijevanja, lošeg formiranja zavara i nepotpunog prodiranja. Razmak pri montaži za kutne i sučeone spojeve trebao bi biti što manji. Tablica 8-2 navodi zahtjeve za razmake i neusklađenost kod ručnog laserskog autogenog zavarivanja.
2.Zavarivanje tačkastim zavarivanjem
Kako bi se osigurale dimenzije obratka, smanjila deformacija i spriječilo neusklađenost područja koje se zavaruje zbog torzijske deformacije tijekom zavarivanja, obično je potrebno tačkasto zavarivanje prije zavarivanja. Za montažno tačkasto zavarivanje koristi se ista procesna metoda kao i kod formalnog zavarivanja. Duljina tačkastih zavara je 20–30 mm, a zahtjevi za kvalitetom tačkastih zavara (npr. dubina i širina prodiranja) niži su od onih za formalno zavarivanje. Za tačkasto zavarivanje općenito se koristi veća brzina kretanja nego za formalno zavarivanje. Kako bi se osiguralo pouzdano spajanje tačkastih zavara, tačkasti zavari trebaju biti ravni, dugi i tanki te ne smiju biti pretjerano veliki, široki ili visoki. Tačkasti zavari također zahtijevaju odgovarajuću zaštitu kako bi se izbjegla oksidacija.
3. Pribor i stezaljke
Lasersko zavarivanje se uglavnom koristi zazavarivanje tankih pločaKod zavarivanja tankih ploča, zavarivanje se obično izvodi na prednjoj strani obratka, s dovoljnim taljenjem na stražnjoj strani kako bi se postigao dobro oblikovan stražnji zavar. Za odabir parametara: nizak unos topline može uzrokovati nepotpuno taljenje na stražnjoj strani; visoki unos topline, uz osiguravanje potpunog prodiranja na stražnjoj strani, može dovesti do progorijevanja zbog težine rastaljenog metala ili nesrazmjerne širine taljenja u odnosu na debljinu obratka. Kako bi se spriječilo progorijevanje, ako obratak dopušta stezanje, treba koristiti stezaljke za stezanje obratka tijekom zavarivanja tankih ploča - pritiskanjem prednje strane i postavljanjem bakrene ili nehrđajuće čelične potporne ploče na stražnju stranu. To sprječava promjene u razmacima pri montaži ili neusklađenost uzrokovanu deformacijom zavarivanja i izbjegava toplinski kolaps. Kada obratak ima neravnomjerno odvođenje topline po područjima zbog strukturnih razloga, učinkovito je i korištenje stezaljki za uravnoteženje odvođenja topline, s ciljem stvaranja zavara s ujednačenim dimenzijama na prednjoj i stražnjoj strani.
Odabir parametara zavarivanja
Općenito, parametri laserskog zavarivanja uključuju snagu lasera, širinu laserskog impulsa, količinu defokusiranja, brzinu zavarivanja i zaštitni plin.
1. Snaga lasera
U laserskom zavarivanju postoji granična gustoća snage lasera. Ispod ovog praga, dubina prodiranja je plitka; kada se dosegne ili premaši, dubina prodiranja značajno se povećava. Plazma se generira samo kada gustoća snage lasera na obratku premaši prag, što ukazuje na stabilno zavarivanje dubokim prodiranjem. Ispod praga dolazi samo do površinskog taljenja (stabilno zavarivanje provođenjem topline). U blizini kritičnog uvjeta za stvaranje ključanice, duboka penetracija i zavarivanje provođenjem topline izmjenjuju se, što rezultira nestabilnim procesom s velikim fluktuacijama u dubini prodiranja. Snaga lasera jedan je od najkritičnijih parametara u laserskoj obradi i ključni je odrednik dubine prodiranja zavara. Za fiksni promjer fokusirane točke, gustoća snage lasera proporcionalna je snazi lasera: veća snaga povećava dubinu prodiranja i brzinu zavarivanja. Međutim, prekomjerna snaga uzrokuje ozbiljno pregrijavanje rastaljene kupke, povećava širinu zavara i zonu utjecaja topline (HAZ) te dovodi do većeg prskanja, što može kontaminirati leću za zavarivanje. S velikom snagom, površinski sloj može se zagrijati do točke vrelišta i značajno ispariti unutar mikrosekundi, što ga čini idealnim za procese uklanjanja materijala poput bušenja, rezanja i graviranja. S nižom snagom, površini trebaju milisekunde da dosegne vrelište, a temeljni sloj se topi prije isparavanja površine, što olakšava dobro zavarivanje taljenjem.
2. Širina laserskog impulsa
Širina laserskog impulsa ili „širina impulsa“ ključni je parametar u pulsnom laserskom zavarivanju. Određena je dubinom prodiranja i ZUT-om: dulje širine impulsa povećavaju ZUT, a dubina prodiranja povećava se s kvadratnim korijenom širine impulsa. Međutim, dulje širine impulsa smanjuju vršnu snagu, pa se općenito koriste za zavarivanje kondukcijom topline, stvarajući široke, plitke zavare - posebno pogodne za preklopne spojeve tankih i debelih ploča. Međutim, niska vršna snaga uzrokuje prekomjerni unos topline, a svaki materijal ima optimalnu širinu impulsa za maksimalnu dubinu prodiranja.
3. Odabir količine defokusiranja
Položaj fokusirane točke je ključan ulasersko zavarivanje fuzijomKada je fokus iznad površine obratka, dubina prodiranja je mala, što otežava duboko prodiranje. Kada je fokus ispod površine, gustoća snage unutar obratka je veća nego na površini, što potiče jače taljenje i isparavanje, omogućujući prijenos energije dublje u obratak i povećanje dubine prodiranja. Postoje dva načina defokusiranja: pozitivni defokus (ravnina fokusa iznad obratka) i negativni defokus (ravnina fokusa ispod obratka). U praksi se za debele ploče koje zahtijevaju veliku dubinu prodiranja koristi negativni defokus, s laserskim fokusom obično 1-2 mm ispod površine obratka. Za tanke ploče preferira se pozitivni defokus, s fokusom 1-1,5 mm iznad površine.
4. Brzina zavarivanja
S ostalim fiksnim parametrima, dubina prodiranja se smanjuje s povećanjem brzine zavarivanja, dok se učinkovitost poboljšava. Pretjerano visoke brzine ne zadovoljavaju zahtjeve prodiranja; pretjerano niske brzine uzrokuju prekomjerno taljenje, široke zavare, pregrijavanje ZUT-a i povećanu sklonost vrućim pukotinama.pulsirajuće lasersko zavarivanje, brzina je također određena maksimalnom frekvencijom impulsa i potrebnim preklapanjem točaka - svaka sljedeća točka impulsa mora se donekle preklapati. Dakle, za danu snagu lasera i debljinu materijala postoji optimalni raspon brzine, unutar kojeg se postiže maksimalna dubina prodiranja pri određenoj brzini.
5. Zaštitni plin
Inertni plinovi se često koriste za zaštitu rastaljene kupke tijekom laserskog zavarivanja. Dok neki materijali možda ne zahtijevaju zaštitu od površinske oksidacije, većina primjena zahtijeva. Tradicionalno, Ar, N₂ i He se koriste za lasersko zavarivanje aluminijskih legura kako bi se spriječila oksidacija. Teoretski, He je najlakši s najvećom energijom ionizacije, ali pri maloj snazi i velikim brzinama plazma je slaba, što minimizira razlike između plinova. Studije pokazuju da pod istim uvjetima N₂ lakše inducira stvaranje ključanice zbog egzotermnih reakcija s Al; rezultirajući Al-NO ternarni spojevi imaju veću apsorpciju lasera. Međutim, čisti N₂ stvara krhke Al-N faze i pore u zavarima. Inertni plinovi, budući da su lagani, izlaze bez stvaranja pora, što miješane plinove čini učinkovitijima. Nedavno su se povećala istraživanja o Al laserskom zavarivanju korištenjem smjesa Ar-O₂ i N₂-O₂.
6. Apsorpcija materijala
Apsorpcija laserske energije materijala ovisi o svojstvima kao što su apsorptivnost, reflektivnost, toplinska vodljivost, temperatura taljenja i temperatura isparavanja, pri čemu je apsorptivnost najkritičnija. Čimbenici koji utječu na apsorptivnost uključuju:
Električni otpor: Za polirane površine, apsorptivnost je proporcionalna kvadratnom korijenu otpora, koji se mijenja s temperaturom.
Stanje površine: Značajno utječe na apsorptivnost i time na rezultate zavarivanja.
Savjeti za uporabu i tabui za ručno zavarivanje vlaknastim laserom
1. Izbjegavajte zračenje luka
Ručni laserski zavarivači s vlaknimaKoristite vlaknaste lasere klase 4 koji emitiraju zračenje (1080±3) nm s izlaznom snagom većom od 1000 W (ovisno o modelu). Izravna ili neizravna izloženost može oštetiti oči ili kožu. Iako nevidljiva, zraka može uzrokovati nepovratno oštećenje mrežnice ili rožnice. Uvijek nosite certificirane zaštitne naočale za laser dok laser radi. Nikada ne gledajte izravno u izlaznu glavu dok je laser uključen, čak ni s naočalama.
2. Postavljanje parametara zavarivanja
Na zaslonu osjetljivom na dodir postavite nisku snagu lasera (kao što je prikazano na slici 8-2). Postavite bakrenu mlaznicu glave za zavarivanje na radni komad i pritisnite prekidač plamenika za emitiranje lasera za zavarivanje. Tipični parametri: frekvencija lasera 5000 Hz, brzina galvanometra 300–600, kašnjenje plina >100 ms, 100% radni ciklus za kontinuirano emitiranje. Podesite širinu zavara na temelju razmaka pri montaži; snaga se može podesiti od 0 do 1000 W (0–100% maksimuma). Nakon unosa parametara kliknite „U redu“ i spremite da bi postavke stupile na snagu.
4. Nemojte pretjerano povećavati brzinu zavarivanja
Zavari se formiraju pomicanjem laserskog izvora (vidi sliku 8-3). Dubina i širina ovise o brzini i snazi, s tipičnim brzinama od 1–3 m/min, što stvara glatke površine bez ljuskice s omjerom stranica <1. Za fiksnu struju i napon, promjena brzine izravno utječe na unos topline, mijenjajući prodiranje i širinu. Pretjerano visoke brzine uzrokuju nedovoljno zagrijavanje, što dovodi do smanjenog prodiranja, uske širine, podrezanja, pora i nepotpunog prodiranja.
Mehaničko čišćenje: Za uklanjanje oksida koristite četke od nehrđajućeg čelika ili pneumatske kotače dok se ne postigne sjajno bijela završna obrada. Zavarite odmah nakon poliranja; ponovno polirajte ako je zavarivanje odgođeno >36 sati.
Kemijsko čišćenje: Uklonite okside kemijskim reakcijama (metode se razlikuju ovisno o materijalu). Tablica 8-3 navodi metode kemijskog čišćenja aluminijskih legura. Uklonite ulje/prašinu organskim otapalima (benzin, izopropilni alkohol) namakanjem, brisanjem i sušenjem.
5. Minimizirajte poroznost
Vodikove pore su česte u laserskom zavarivanju aluminijskih legura. Smanjite ih uklanjanjem površinske vlage, ulja i oksida. Produljenje vremena hlađenja rastaljene kupke (povećanjem širine pulsa) pomaže u izlasku plinova, jer brzi toplinski ciklus laserskog zavarivanja ograničava oslobađanje plina. Izbjegavajte fokus ili negativne položaje defokusiranja, gdje intenzivne reakcije rastaljene kupke i isparavanje legure povećavaju poroznost; koristite mekšu energiju putem prilagođenog defokusiranja kako biste smanjili isparavanje.
6. Obratite pozornost na položaj držanja baklje
Ručni laserski plamenici (vidi sliku 8-4) teži su od TIG plamenika i imaju debele kabele, što uzrokuje umor operatera. Za dulje zavarivanje držite plamenik objema rukama, držite mlaznicu u kontaktu s obratkom, vizualno poravnajte zavar i ravnomjerno povlačite plamenik prema sebi. Prilagodite držanje na temelju položaja zavarivanja kako biste smanjili umor i broj spojeva.
7. Spriječite laserske ozljede
Nepravilan rad može uzrokovati nesreće. Slijedite ova pravila:
Nikada ne gledajte u lasersku glavu tijekom rada.
Ne koristitivlaknasti laseriu tamnim/slabim okruženjima.
Nikada ne usmjeravajte svjetiljku prema ljudima kada je uređaj aktivan.
Koristite metalne pregrade unutar 3 m od područja zavarivanja.
Pristup zoni zavarivanja ograničite samo na operatere.
Nosite zaštitnu opremu (certificirane naočale, maske, rukavice). Nikada ne gledajte u izlaznu glavu dok je laser uključen, čak ni s naočalama.
Pažljivo rukujte plamenikom i kabelom (minimalni radijus savijanja > 200 mm).
Isključite tipku za lasersko zračenje kada se ne koristi.
Osigurajte kvalitetu mlaznice za učinkovitu zaštitu od plina:
Glatke unutarnje stijenke, koncentrične s laserom.
Deformirane mlaznice odmah zamijenite kako biste održali stabilno kretanje plamenika.
Veličina otvora mlaznice (vidi sliku 8-6) utječe na kvalitetu zavara: veći otvori povećavaju protok plina, ubrzavajući skrućivanje i povećavajući rizik od poroznosti/pukotina.
8. Izbjegavajte velike brzine za legure osjetljive na pukotine
Ručno lasersko zavarivanjeKoristi autogene, bežične, oscilirajuće galvanometrijske plamenike. Velike brzine smanjuju prodiranje, sužavaju zavare, uzrokuju podrezivanje i narušavaju pokrivenost zaštitnim plinom, što pogoršava zaštitu. Koristite niže brzine za legure osjetljive na pukotine.
9. Osigurajte kvalitetu spoja
Temperaturne razlike i zavarivanje bez žice mogu uzrokovati progorijevanje, kratere ili pukotine u kraterima. Zavarujte kontinuirano kako biste smanjili prekide; ako su prekidi neizbježni (npr. promjene položaja, segmentno zavarivanje), malo usporite (10 mm) prije zaustavljanja kako biste spriječili kratere. Ponovno zavarite 20 mm iza prethodnog kratera radi preklapanja i kvalitete.
10. Slijedite pravilno kretanje baklje
Povucite plamenik prema sebi (od daljine prema bliže) bez bočnog osciliranja. Održavajte stalnu brzinu uz praćenje dosljednog formiranja zavara. Za vertikalno zavarivanje koristite kretanje prema dolje (ne prema gore) kako biste ubrzali skrućivanje i osigurali stabilno kretanje.
11. Izbjegavajte podrezivanje, male zaobljene dijelove i urušavanje u preklopljenim zavarima
Za preklopljene zavare, podesite kut upada lasera tako da galvanometar pokriva 2/3 vertikalne ploče (vidi sliku 8-7). To topi vertikalnu ploču (kao punilo) i 1/3 osnovne ploče putem provođenja topline, formirajući dovoljno veliki zavar nakon hlađenja. Loši preklopljeni zavarovi slabe čvrstoću spoja, smanjuju otpornost na pucanje ili uzrokuju strukturni otkaz - izbjegavajte podrezivanje.
12. Smanjite reflektivnost pri zavarivanju aluminijskih legura
Aluminij reflektira 60–98% laserske energije. Refleksija naglo pada na točki taljenja i stabilizira se kada se rastali. Apsorpcija se smanjuje s povećanjem kuta upada; maksimalna apsorpcija javlja se pri normalnom upadu (prilagodite za zaštitu leće). Smanjite reflektivnost uklanjanjem oksida mehaničkim/kemijskim čišćenjem.
13. Pravilna upotreba zaštitnog plina
Zaštitni plin utječe na formiranje, prodiranje i širinu zavara. Većina plinova poboljšava kvalitetu, ali može imati nedostatke:
Ar: Niska energija ionizacije, visoko stvaranje plazme (smanjenje učinkovitosti lasera), ali inertan, jeftin i gust - učinkovito prekriva rastaljeni bazen (idealan za opću upotrebu).
N₂: Umjerena energija ionizacije (bolje smanjuje plazmu od Ar), ali reagira s aluminijem/ugljičnim čelikom stvarajući krhke nitride, smanjujući žilavost (ne preporučuje se za ove materijale). Pogodno za nehrđajući čelik, gdje nitridi povećavaju čvrstoću.
14. Brzina protoka zaštitnog plina
Plin se izbacuje kroz mlaznicu pod određenim tlakom. Hidrodinamički dizajn mlaznice i promjer izlaza su ključni: dovoljno veliki da prekrije zavar, ali ograničeni kako bi se spriječio turbulentni tok (koji uvlači zrak i uzrokuje poroznost). Za ručno lasersko zavarivanje, tipična brzina protoka je 7 L/min. Prekomjerni protok miješa onečišćujuće tvari u rastaljenu kupku, ugrožavajući čistoću plina - odaberite ispravnu brzinu protoka.
15. Položaj laserskog fokusa
Položaj fokusa: Najmanja točka, najveća energija – koristite zatočkasto zavarivanjeili niskoenergetski, minimalni zahtjevi za veličinu točke (vidi sliku 8-8).
Negativni defokus: Veća točka (povećava se s udaljenošću od fokusa) - pogodno za duboko prodiranje kontinuiranog zavarivanja i duboko točkasto zavarivanje.
Pozitivna defokusacija: Veća točka (povećava se s udaljenošću od fokusa) - pogodna za površinsko brtvljenje ili kontinuirano zavarivanje s niskom penetracijom.
Kontrola zavarivanja potpunim probijanjem: Mala promjena boje na poleđini ukazuje na dobru kvalitetu; očite oznake/probijanje uzrokuju prskanje ili duboke utore kod kontinuiranog zavarivanja. Podesite fokus, energiju i oblik vala na temelju uzoraka. Koristite manje točke za tanje materijale kako biste izbjegli progorijevanje.
Vrijeme objave: 21. kolovoza 2025.
