Lazerinis suvirinimasiškraipymas yra dažna problema, kai metalui lydyti naudojama itin didelė šiluma. Sužinokite, kaip sumažinti suvirinimo siūlės iškraipymus ir patarimus, kaip juos ištaisyti, kai taip atsitinka.
Lazerinis suvirinimasyra galinga technologija, kuri naudoja lazerio technologijos generuojamą šilumą, kad sulydytų dvi medžiagas (pvz., plieno plokštes). Suvirinant susiduriama su suvirinimo siūlių iškraipymu dėl natūralios metalų reakcijos į ekstremalų karštį. Tai deformacija, kuri pažeidžia išlydyto metalo vientisumą. Laimei, yra būdų, kaip sumažinti iškraipymus, įgyvendinant suvirinimo proceso parametrus.
Šiame straipsnyje mes sutelksime dėmesį į tai, kas yra suvirinimo iškraipymas, kas jį sukelia ir kaip sumažinti jo poveikį. Taip pat rasite veiksmingų patarimų, kurie padės išspręsti suvirinimo iškraipymo padarinius.
Kas yrasuvirinimas lazeriudeformacija?
Suvirinimo deformacija arba deformacija apima metalinės konstrukcijos formos ir dydžio pokyčius. Tai natūralus suvirinimo efektas. Kai metalai yrasuvirintas lazeriu, jie yra veikiami itin didelio karščio, dėl kurio jie tirpsta. Dėl to medžiaga plečiasi.
Kai išlydytas metalas atvėsta iki kambario temperatūros, jis sukietėja ir pradeda trauktis. Tai yra liekamasis stresas. Jei šildymas yra lokalizuotas, o likęs metalinis paviršius nešildomas, jis taip pat nesiplečia ir nesusitrauks. Tai sukelia iškraipymus.
Medžiagos, kurios po suvirinimo lengvai deformuojasi
Norėdami nustatyti, kodėl medžiaga yra jautri suvirinimo iškraipymui, turite suprasti savybes, turinčias įtakos iškraipymui. Kai kurios medžiagos yra labiau linkusios deformuotis dėl fizinių ir mechaninių savybių.
1. Fizinės savybės yra šiluminio plėtimosi ir šilumos laidumo matai.
Šiluminis plėtimasis yra metalo judėjimas, kai jis plečiasi kaitinant ir susitraukia vėsdamas. Jei yra didelis koeficientas, medžiaga lengviau plečiasi ir susitraukia – taip labiau susisuks.
Kita vertus, šilumos laidumas matuoja šilumos srautą išilgai medžiagos. Didelis šilumos laidumas greičiau išsklaido šilumą. Kadangi dėl šilumos medžiagos gali lengvai deformuotis, mažas laidumas padidina deformacijos tikimybę suvirinimo metu.
2. Kalbant apie mechanines savybes, reikia atsižvelgti į du veiksnius – takumo ribą ir tamprumo modulį. ,
Takumo stiprumas reiškia, kokį slėgį medžiaga gali atlaikyti reaguodama į išorines jėgas. Todėl medžiagos, kurių takumo riba yra didesnė, turi didesnius liekamuosius įtempius ir taip lengviau deformuojasi.
Tamprumo modulis reiškia medžiagos gebėjimą plėstis ir trauktis. Didesnis tamprumo modulis reiškia, kad medžiaga turi didesnį atsparumą deformacijai.
Atsižvelgdami į šias savybes, galite daryti prielaidą, kad jei medžiaga turi didesnį šiluminio plėtimosi koeficientą, mažesnį šilumos laidumą, didesnę takumo ribą ir mažesnį tamprumo modulį
Medžiagos, kurios po suvirinimo lengvai deformuojasi
Lyginant nerūdijantį plieną su angliniu plienu, galima daryti prielaidą, kad pirmasis yra labiau linkęs deformuotis, nes turi didesnę takumo ribą ir šiluminio plėtimosi koeficientą bei mažesnį šilumos laidumą.
Tarp aliuminio ir vario pirmasis yra linkęs deformuotis, nes turi didesnį takumo ribas šiluminio plėtimosi koeficientą ir mažesnį šilumos laidumą.
Tipai ir priežastyssuvirinimas lazeriudeformacija
Buvo atlikti keli tyrimai, siekiant nustatyti tikrąsias deformacijos priežastis po suvirinimo lazeriu proceso. Remiantis tyrimu, suvirinimo lazeriu išeigai didelę įtaką daro 3 veiksniai: medžiaga, procesas ir geometrija.
Pavyzdžiui,suvirinimas lazeriudeformuojasi, nes suvirinimo parametrai metaliniam paviršiui taikomi įvairiais būdais. Suvirinimo greitis, srovė, kampas ir kt. bus sutelktas į suvirinamas dalis. Tolstant nuo suvirinimo zonos, šiluma palaipsniui mažėja, taip pat sumažėja šiluminiai efektai, tokie kaip metalo plėtimasis.
Todėl galima drąsiai daryti prielaidą, kad plėtimasis skirsis priklausomai nuo metalo gaunamos šilumos intensyvumo. Pateiktame pavyzdyje suvirinta dalis plečiasi labiausiai, nes ji gauna daugiausiai šilumos iš lazerio šaltinio.
Kai suvirinimo procesas baigsis, metalas pradės atvėsti ir trauktis. Metalas ir toliau trauksis tiek pat, kiek plečiasi. Tai vadinama liekamuoju stresu.
Jei įtempis yra didesnis nei pagrindinės medžiagos takumo riba, gali atsirasti dviejų tipų įtempiai.
Gniuždymo įtempis atsiranda srityje aplink pagrindinio metalo kraštą.
Tempimo įtempis Tai atsiranda, kai įkaitinto metalo susitraukimui priešinasi likęs metalo paviršius (nekaitintas paviršius).
Norint tai geriau suprasti, geriausia apsvarstyti įvairius būdus, kuriais deformacija gali atsirasti baigus suvirinimą.
1. Išilginė deformacija
Kaip rodo pavadinimas, ši deformacija vyksta per visą suvirinamos medžiagos ilgį. Jam vėsstant, suvirinimo siūlė ir aplink jį esanti sritis susitraukia. Dėl to ruošinys taps trumpesnis. Dėl to išoriniai kraštai atrodo ilgesni, o vidurinė dalis – išlenkta.
Ypač jei ruošinys nėra tinkamai pritvirtintas, deformacija bus didžiausia.
2. Šoninis iškrypimas
Šio tipo iškraipymai atsiranda, kai metalo kraštai traukiami vienas į kitą. Šią deformaciją sukelia susitraukimas, viršijantis išsiplėtimą, kuris iš pradžių įvyko suvirinant lazeriu.
3. Kampo iškraipymas
Kampo iškraipymas atsiranda, kai baigus suvirinimo užduotį dėl susitraukimo pasikeičia metalinės plokštės kampas. Lakštinio metalo kraštai iš vienos pusės traukiami vienas į kitą, todėl medžiaga atrodo išlenkta.
Jei suvirinimo siūlė sujungia metalą vertikaliu kampu, vertikalus metalas atrodys ne tiesus, o lenktas.
4. Kompleksinis iškraipymas
Šis tipas yra anksčiau aptartų posūkių derinys. Atrodo, kad jis susilenkia, lenkiasi arba deformuojasi. Tai yra įvairių tipų lenkimai ir deformacijos, kurios gali pakenkti suvirintos medžiagos vientisumui. Kad ir koks tvirtas būtų metalas, jei suvirinant lazeriu jis deformuojasi, suvirinimas nepavyks.
10 būdų, kaip sumažinti suvirinimo iškraipymą
Nors iškraipymas yra neišvengiamas, tai nereiškia, kad nieko negalite padaryti, kad jį sumažintumėte. Kaip yra įvairių deformacijų tipų, taip pat yra įvairių būdų, kaip užkirsti kelią nerūdijančio plieno ir kitų metalų deformacijai. Tai neturi nieko bendra su pasirinkto plieno stiprumu. Svarbiau yra tai, ką darote prieš suvirinimo užduotį, jo metu ir po jo.
Čia yra 10 skirtingų suvirinimo idėjų, kurias galite naudoti.
1. Venkite per didelio suvirinimo
Didelių plotų suvirinimas padidina susitraukimą. Štai kodėl turėtumėte planuoti suvirinimo lazeriu procesą, ypač kai reikia dirbti su dideliais paviršiais. Reguliuojant paviršiaus matmenis sumažinami suvirinimo iškraipymai ir liekamieji įtempiai, taip išvengiama metalo ir laiko švaistymo.
2. Naudokite pertraukiamą suvirinimą
Tai technika, kuri palieka tarpą tarp suvirinimo siūlių. Vietoj ištisinio suvirinimo suvirinsite centimetrą ir palikite vietos nesuvirintam metalui prieš suvirindami kitą siūlę. Tai gali veiksmingai sumažinti deformaciją po suvirinimo.
3. Sumažinkite pervedimų skaičių
Kitas būdas išvengti iškraipymų – apriboti suvirinimo eigų skaičių. Įsitikinkite, kad užtenka vieno karto, kad išvengtumėte deformacijos. Galite pabandyti atlikti vieną didelį suvirinimo eigą, o ne kelis mažus suvirinimo būdus. Pagal TWI, didesnė viena suvirinimo siūlė sukelia mažesnę kampinę deformaciją nei suvirinimo siūlė, sudaryta keliais mažais praėjimais
4. Apsvarstykite suvirinimo vietą
Taip pat svarbi suvirinimo vieta. Idealiu atveju suvirinimo siūlę turėtumėte įdėti arti medžiagos centro arba neutralios ašies. Tai sumažins iškraipymus, kai lazerinis suvirinimas pradės trauktis, nes susitraukimo jėgoms bandant pasitraukti iš eilės bus mažiau sverto.
5. Išbandykite atgalinio suvirinimo techniką
Atgalinis suvirinimas yra metodas, kai suvirinimo kryptis yra iš kairės į dešinę, bet suvirinimo rutuliukų segmentai nusodinami iš dešinės į kairę. Taip išplės kraštai, kur dedami karoliukų segmentai, kad laikinai atskirtų lakštinį metalą.
Kai judėjimas iš kairės į dešinę bus baigtas, tęsiant karoliukus išsiplėtimas sumažės, kai procesas bus baigtas. Tai veiksmingas būdas sumažinti iškraipymus.
6. Iš anksto nustatytos suvirinimo detalės
Tam reikės atlikti tam tikrus bandymus, kad būtų užtikrintas minimalus iškraipymas, kai suvirinimas bus baigtas. Nustatykite išankstinį nustatymą, reikalingą ankstesniam suvirinimui, kad galėtumėte įvertinti susitraukimą. Tai leis jums atlikti koregavimus, kad sumažintumėte susitraukimą ir iškraipymą.
7. Sukurkite suvirinimo seką
Dalims suvirinti naudokite ne tik tiesią liniją. Sukurkite suplanuotą suvirinimo seką, kuri galėtų neutralizuoti kitos surenkamos medžiagos dalies susitraukimą. Remdamiesi savo žiniomis apie tai, kaip metalas susitraukia, galite sukurti seką, subalansuojančią reakcijas, kad išvengtumėte deformacijos.
8. Užfiksuokite dalį, kad užsifiksuotumėte
Kitas variantas yra naudoti strypą, kai suvirinate dalis. Tai užtikrins juos ir neleis išsiplėtimui ar susitraukimui jų iškraipyti. Laikykite dalis savo vietose, kol procesas bus baigtas. Judėjimo trūkumas sumažina iškraipymus.
9. Apsvarstykite terminio įtempio mažinimą
Tai technologija, valdanti suvirinant sujungtų dalių šildymą ir vėsinimą. Tada padidinate temperatūrą ir kontroliuojate aušinimo valdymo įtampą dėvėdami gaminį suvirindami.
10. Sutrumpinkite suvirinimo laiką
Taip pat galite sutrumpinti suvirinimo laiką, kad sumažintumėte iškraipymo riziką. Tai būtų sudėtinga, jei tai atliktumėte rankiniu būdu. Dalys, kurias suvirinate pirmiausia, atvės, kol nebus baigtos. Tačiau jei turite mechanizuotą suvirinimo įrangą, galite sumažinti apdorojimo laiką ir sumažinti iškraipymus iki minimumo.