Зварачны вузел
1. Зазор і няправільнае сумяшчэнне зборкі
Якасць зборкі мае вырашальнае значэнне для забеспячэння якасці зваркі. Празмерныя зазоры пры зборцы або няправільнае сумяшчэнне могуць лёгка прывесці да такіх дэфектаў, як прапальванне, дрэннае фарміраванне шва і няпоўнае праварванне. Зазор пры зборцы кутніх і стыковых злучэнняў павінен быць як мага меншым. У табліцы 8-2 прыведзены патрабаванні да зазораў і няправільнага сумяшчэння пры ручной лазернай аўтагеннай зварцы.
Каб забяспечыць памеры дэталі, паменшыць дэфармацыю і прадухіліць няправільнае выраўноўванне зварваемай зоны з-за круцільнай дэфармацыі падчас зваркі, перад зваркай звычайна патрабуецца прыхваткавая зварка. Для зборачнай прыхваткавай зваркі выкарыстоўваецца той жа метад, што і пры фармальнай зварцы. Даўжыня прыхваткавых швоў складае 20–30 мм, а патрабаванні да якасці прыхваткавых швоў (напрыклад, глыбіня і шырыня пранікнення) ніжэйшыя, чым для фармальнай зваркі. Для прыхваткавай зваркі звычайна выкарыстоўваецца больш высокая хуткасць перамяшчэння, чым для фармальнай зваркі. З мэтай забеспячэння надзейнага злучэння прыхваткавых швоў, прыхваткавыя швы павінны быць плоскімі, доўгімі і тонкімі, і не павінны быць празмерна вялікімі, шырокімі або высокімі. Прыхваткавыя швы таксама патрабуюць належнай абароны, каб пазбегнуць акіслення.
3. Прыстасаванні і заціскі
Лазерная зварка часцей за ўсё выкарыстоўваецца длязварка тонкіх пласцінПры зварцы тонкіх пласцін зварка звычайна выконваецца на пярэднім баку дэталі, з дастатковым плаўленнем на адваротным баку для дасягнення добра сфармаванага задняга зварнога шва. Што тычыцца выбару параметраў: нізкая цеплападдача можа прывесці да няпоўнага плаўлення на адваротным баку; высокая цеплападдача, забяспечваючы поўнае праварванне на адваротным баку, можа прывесці да прагарання з-за цяжару расплаўленага металу або непрапарцыйнай шырыні плаўлення адносна таўшчыні дэталі. Каб прадухіліць прагаранне, калі дэталь дазваляе заціск, варта выкарыстоўваць прыстасаванні для заціску дэталі падчас зваркі тонкіх пласцін — прыціскаючы пярэдні бок і размяшчаючы апорную пласціну з медзі або нержавеючай сталі на заднім баку. Гэта прадухіляе змены ў зазорах зборкі або няправільнае выраўноўванне, выкліканае дэфармацыяй зваркі, і пазбягае цеплавога калапсу. Калі дэталь мае нераўнамернае рассейванне цяпла па абласцях з-за структурных прычын, выкарыстанне прыстасаванняў для балансавання рассейвання цяпла таксама эфектыўна, імкнучыся сфармаваць зварныя швы з аднолькавымі памерамі як на пярэднім, так і на заднім баках.
Выбар параметраў зваркі
Увогуле, параметры лазернай зваркі ўключаюць магутнасць лазера, шырыню лазернага імпульсу, ступень расфакусоўкі, хуткасць зваркі і ахоўны газ.
1. Магутнасць лазера
У лазернай зварцы існуе парогавая шчыльнасць магутнасці лазера. Ніжэй за гэты парог глыбіня пранікнення невялікая; пасля дасягнення або перавышэння глыбіня пранікнення значна павялічваецца. Плазма генеруецца толькі тады, калі шчыльнасць магутнасці лазера на апрацоўваным вырабе перавышае парог, што сведчыць аб стабільнай зварцы з глыбокім пранікненнем. Ніжэй за парог адбываецца толькі павярхоўнае плаўленне (стабільная зварка цеплаправоднасцю). Паблізу крытычнай умовы для ўтварэння замочнай адтуліны глыбокае пранікненне і зварка цеплаправоднасцю чаргуюцца, што прыводзіць да нестабільнага працэсу з вялікімі ваганнямі глыбіні пранікнення. Магутнасць лазера з'яўляецца адным з найбольш важных параметраў у лазернай апрацоўцы і ключавым фактарам, які вызначае глыбіню пранікнення зварнога шва. Пры фіксаваным дыяметры сфакусаванай плямы шчыльнасць магутнасці лазера прапарцыйная магутнасці лазера: больш высокая магутнасць павялічвае глыбіню пранікнення і хуткасць зваркі. Аднак празмерная магутнасць выклікае моцны перагрэў расплаўленай ванны, павялічвае шырыню шва і зону цеплавога ўздзеяння (ЗТВ), а таксама прыводзіць да большай колькасці пырскаў, якія могуць забрудзіць зварачную лінзу. Пры высокай магутнасці павярхоўны пласт можа награвацца да тэмпературы кіпення і значна выпарацца на працягу мікрасекунд, што робіць яго ідэальным для працэсаў выдалення матэрыялу, такіх як свідраванне, рэзка і гравіроўка. Пры меншай магутнасці паверхні патрабуецца некалькі мілісекунд, каб дасягнуць тэмпературы кіпення, а ніжэйлеглы пласт плавіцца да павярхоўнага выпарэння, што спрыяе добрай зварцы плаўленнем.
2. Шырыня лазернага імпульсу
Шырыня лазернага імпульсу, або «шырыня імпульсу», з'яўляецца ключавым параметрам у імпульснай лазернай зварцы. Яна вызначаецца глыбінёй пранікнення і зонай тэрмаапрацоўкі (ЗТВ): большая шырыня імпульсу павялічвае ЗТВ, а глыбіня пранікнення павялічваецца прапарцыйна квадратнаму кораню з шырыні імпульсу. Аднак большая шырыня імпульсу зніжае пікавую магутнасць, таму яны звычайна выкарыстоўваюцца для цеплаправоднай зваркі, утвараючы шырокія, неглыбокія зварныя швы, асабліва падыходзяць для нахлесточных злучэнняў тонкіх і тоўстых пласцін. Аднак нізкая пікавая магутнасць выклікае празмерную цеплаўдачу, і кожны матэрыял мае аптымальную шырыню імпульсу для максімальнай глыбіні пранікнення.
3. Выбар ступені расфакусоўкі
Пазіцыя факусаванай плямы мае вырашальнае значэнне ўлазерная зварка плаўленнемКалі фокус знаходзіцца над паверхняй апрацоўванай дэталі, глыбіня пранікнення малая, што ўскладняе зварку з глыбокім праварваннем. Калі фокус знаходзіцца пад паверхняй, шчыльнасць магутнасці ўнутры апрацоўванай дэталі вышэйшая, чым на паверхні, што спрыяе больш моцнаму плаўленню і выпарэнню, дазваляючы энергіі перадавацца глыбей у апрацоўваную дэталь і павялічваць глыбіню пранікнення. Існуе два рэжымы расфакусоўкі: станоўчая расфакусоўка (плоскасць факусоўкі над апрацоўванай дэталлю) і адмоўная расфакусоўка (плоскасць факусоўкі пад апрацоўванай дэталлю). На практыцы для тоўстых пласцін, якія патрабуюць вялікай глыбіні пранікнення, выкарыстоўваецца адмоўная расфакусоўка, прычым фокус лазера звычайна знаходзіцца на 1-2 мм ніжэй паверхні апрацоўванай дэталі. Для тонкіх пласцін пераважнейшая станоўчая расфакусоўка, прычым фокус знаходзіцца на 1-1,5 мм вышэй за паверхню.
4. Хуткасць зваркі
Пры фіксаваных іншых параметрах глыбіня праварвання памяншаецца са павелічэннем хуткасці зваркі, а эфектыўнасць паляпшаецца. Занадта высокія хуткасці не адпавядаюць патрабаванням да праварвання; занадта нізкія хуткасці прыводзяць да пераплаўлення, шырокіх зварных швоў, перагрэву зоны тэрмаадлучэння і павелічэння схільнасці да гарачых расколін.імпульсная лазерная зваркаХуткасць таксама вызначаецца максімальнай частатой імпульсаў і неабходным перакрыццём плям — кожная наступная пляма імпульсу павінна перакрывацца ў пэўнай ступені. Такім чынам, для зададзенай магутнасці лазера і таўшчыні матэрыялу існуе аптымальны дыяпазон хуткасцей, у межах якога дасягаецца максімальная глыбіня пранікнення пры пэўнай хуткасці.
5. Ахоўны газ
Інэртныя газы часта выкарыстоўваюцца для абароны расплаўленай ванны падчас лазернай зваркі. Хоць некаторыя матэрыялы могуць не патрабаваць абароны ад акіслення паверхні, у большасці выпадкаў яна патрабуецца. Традыцыйна для лазернай зваркі алюмініевых сплаваў выкарыстоўваюцца Ar, N₂ і He, каб прадухіліць акісленне. Тэарэтычна, He з'яўляецца самым лёгкім з найвышэйшай энергіяй іанізацыі, але пры нізкай магутнасці і высокіх хуткасцях плазма слабая, што мінімізуе адрозненні паміж газамі. Даследаванні паказваюць, што пры аднолькавых умовах N₂ лягчэй выклікае ўтварэнне замочнай свідравіны з-за экзатэрмічных рэакцый з Al; атрыманыя трайныя злучэнні Al-NO маюць больш высокае паглынанне лазернага выпраменьвання. Аднак чысты N₂ утварае далікатныя фазы Al-N і поры ў зварных швах. Інэртныя газы, будучы лёгкімі, выходзяць, не ўтвараючы пор, што робіць змешаныя газы больш эфектыўнымі. Апошнім часам даследаванні лазернай зваркі Al з выкарыстаннем сумесяў Ar-O₂ і N₂-O₂ павялічыліся.
6. Паглынанне матэрыялу
Паглынанне лазернай энергіі матэрыялам залежыць ад такіх уласцівасцей, як паглынальная здольнасць, адбівальная здольнасць, цеплаправоднасць, тэмпература плаўлення і тэмпература выпарэння, прычым паглынальная здольнасць з'яўляецца найбольш важнай. Фактары, якія ўплываюць на паглынальную здольнасць, ўключаюць:
Электрычнае супраціўленне: для паліраваных паверхняў паглынальная здольнасць прапарцыйная квадратнаму кораню з супраціўлення, які змяняецца ў залежнасці ад тэмпературы.
Стан паверхні: істотна ўплывае на паглынальную здольнасць і, такім чынам, на вынікі зваркі.
Парады па эксплуатацыі і забароны для ручной валаконнай лазернай зваркі
1. Пазбягайце дугавога выпраменьвання
Ручныя валаконныя лазерныя зварачныя апаратыВыкарыстоўвайце валаконныя лазеры класа 4, якія выпраменьваюць (1080±3) нм з выходнай магутнасцю больш за 1000 Вт (у залежнасці ад мадэлі). Прамое або ўскоснае ўздзеянне можа пашкодзіць вочы або скуру. Нягледзячы на тое, што прамень нябачны, ён можа выклікаць незваротнае пашкоджанне сятчаткі або рагавіцы. Заўсёды апранайце сертыфікаваныя ахоўныя акуляры для лазера падчас працы лазера. Ніколі не глядзіце непасрэдна на выходную галоўку, калі лазер уключаны, нават у ахоўных акулярах.
2. Устаноўка параметраў зваркі
Усталюйце нізкую магутнасць лазера на сэнсарным экране (як паказана на малюнку 8-2). Размясціце меднае сопла зварачнай галоўкі супраць дэталі і націсніце кнопку гарэлкі, каб выпраменьваць лазер для зваркі. Тыповыя параметры: частата лазера 5000 Гц, хуткасць гальванометра 300–600, затрымка газу >100 мс, 100% каэфіцыент запаўнення для бесперапыннага выпраменьвання. Адрэгулюйце шырыню зваркі ў залежнасці ад зазораў паміж зборкамі; магутнасць рэгулюецца ў дыяпазоне ад 0 да 1000 Вт (0–100% ад максімуму). Пасля ўводу параметраў націсніце «ОК» і захавайце налады, каб яны ўступілі ў сілу.
4. Не павялічвайце хуткасць зваркі празмерна
Зварныя швы ўтвараюцца шляхам перамяшчэння лазернай крыніцы (гл. малюнак 8-3). Глыбіня і шырыня залежаць ад хуткасці і магутнасці, з тыповымі хуткасцямі 1–3 м/мін, што стварае гладкія паверхні без акаліны з суадносінамі бакоў <1. Пры фіксаваным току і напружанні змена хуткасці непасрэдна ўплывае на падвод цяпла, змяняючы пранікненне і шырыню. Занадта высокія хуткасці выклікаюць недастатковы нагрэў, што прыводзіць да зніжэння пранікнення, вузкай шырыні, паднутрэння, пор і няпоўнага пранікнення.
Механічная ачыстка: выкарыстоўвайце шчоткі з нержавеючай сталі або пнеўматычныя колы для выдалення аксідаў да дасягнення ярка-белага колеру. Зварвайце адразу пасля паліроўкі; паліруйце паўторна, калі зварка адкладаецца больш чым на 36 гадзін.
Хімічная ачыстка: выдаленне аксідаў з дапамогай хімічных рэакцый (метады адрозніваюцца ў залежнасці ад матэрыялу). У табліцы 8-3 пералічаны метады хімічнай ачысткі алюмініевых сплаваў. Выдаленне алею/пылу арганічнымі растваральнікамі (бензін, ізапрапілавы спірт) шляхам замочвання, працірання і высушвання.
5. Мінімізуйце сітаватасць
Вадародныя пары з'яўляюцца распаўсюджанай з'явай пры лазернай зварцы алюмініевых сплаваў. Каб паменшыць іх колькасць, выдаляйце павярхоўную вільгаць, алей і аксіды. Падаўжэнне часу астуджэння расплаўленай ванны (шляхам павелічэння шырыні імпульсу) дапамагае выйсці газам, бо хуткі цеплавы цыкл лазернай зваркі абмяжоўвае іх вылучэнне. Пазбягайце факусоўкі або адмоўнага расфакусавання, дзе інтэнсіўныя рэакцыі расплаўленай ванны і выпарэнне сплаву павялічваюць парыстасць; выкарыстоўвайце больш мяккую энергію праз рэгуляваную расфакусоўку, каб паменшыць выпарэнне.
6. Звярніце ўвагу на позу, трымаючы паходню
Ручныя лазерныя гарэлкі (гл. малюнак 8-4) цяжэйшыя за гарэлкі TIG і маюць тоўстыя кабелі, што выклікае стомленасць аператара. Пры працяглай зварцы трымайце гарэлку абедзвюма рукамі, трымайце сопла ў кантакце з дэталлю, візуальна выраўноўвайце зварку і плаўна цягніце гарэлку да сябе. Адрэгулюйце позу ў залежнасці ад становішча зваршчыка, каб мінімізаваць стомленасць і колькасць злучэнняў.
7. Прадухіленне лазерных траўмаў
Няправільная эксплуатацыя можа прывесці да няшчасных выпадкаў. Выконвайце наступныя правілы:
Ніколі не глядзіце на лазерную галоўку падчас працы.
Не выкарыстоўвайцевалаконныя лазерыу цёмных/прыглушаных умовах.
Ніколі не накіроўвайце ліхтарык на людзей, калі прылада ўключана.
Выкарыстоўвайце металічныя бар'еры ў межах 3 м ад зоны зваркі.
Доступ да зоны зваркі павінен быць дазволены толькі аператарам.
Карыстайцеся ахоўнымі рэчамі (сертыфікаванымі ахоўнымі акулярамі, маскамі, пальчаткамі). Ніколі не глядзіце на выходную галоўку, калі лазер уключаны, нават у ахоўных акулярах.
Асцярожна звяртайцеся з гарэлкай і кабелем (мінімальны радыус выгібу > 200 мм).
Адключайце клавішу лазернага выпраменьвання, калі яна не выкарыстоўваецца.
Забяспечце якасць фарсункі для эфектыўнай абароны ад газу:
Гладкія ўнутраныя сценкі, канцэнтрычныя з лазерам.
Своечасова замяняйце дэфармаваныя сопла, каб падтрымліваць стабільны рух гарэлкі.
Памер адтуліны сопла (гл. малюнак 8-6) уплывае на якасць зваркі: большыя адтуліны павялічваюць паток газу, паскараючы зацвярдзенне і павялічваючы рызыку парыстасці/расколіны.
8. Пазбягайце высокіх хуткасцей для сплаваў, адчувальных да расколін.
Ручная лазерная зваркавыкарыстоўвае аўтагенныя, бесправадныя, вагальныя гальванометрычныя гарэлкі. Высокія хуткасці памяншаюць пранікненне, звужаюць зварныя швы, выклікаюць падрэзы і парушаюць ахоп ахоўным газам, пагаршаючы абарону. Выкарыстоўвайце меншыя хуткасці для сплаваў, адчувальных да расколін.
9. Забяспечце якасць злучэння
Перапады тэмператур і зварка без дроту могуць прывесці да прапальвання, кратэраў або расколін у кратэрах. Зварвайце бесперапынна, каб мінімізаваць прыпынкі; калі прыпынкі непазбежныя (напрыклад, змена становішча, сегментная зварка), крыху запавольце хуткасць (10 мм) перад прыпынкам, каб прадухіліць з'яўленне кратэраў. Для перакрыцця і якасці зварку пераходзьце на 20 мм пасля папярэдняга кратэра.
10. Выконвайце правільны рух паходні
Пацягніце гарэлку на сябе (ад далёкага да блізкага боку) без бакавых ваганняў. Падтрымлівайце пастаянную хуткасць, кантралюючы раўнамернае ўтварэнне зварнога шва. Пры вертыкальнай зварцы выкарыстоўвайце рух уніз (не ўверх), каб павялічыць хуткае зацвярдзенне і забяспечыць раўнамерны рух.
11. Пазбягайце падрэзаў, невялікіх закругленняў і абвальвання зварных швоў унахлёст.
Для зварных швоў унахлест адрэгулюйце кут падзення лазера так, каб гальванометр пакрываў 2/3 вертыкальнай пласціны (гл. малюнак 8-7). Гэта плавіць вертыкальную пласціну (у якасці напаўняльніка) і 1/3 апорнай пласціны праз цеплаправоднасць, утвараючы зварны шов дастатковага памеру пасля астывання. Дрэнна зробленыя зварныя швы ўнахлест аслабляюць трываласць злучэння, зніжаюць устойлівасць да расколін або выклікаюць разбурэнне канструкцыі — пазбягайце падрэзаў.
12. Зніжэнне адбівальнай здольнасці пры зварцы алюмініевых сплаваў
Алюміній адлюстроўвае 60–98% лазернай энергіі. Адбівальная здольнасць рэзка падае ў тэмпературы плаўлення і стабілізуецца ў расплаўленым стане. Паглынальная здольнасць памяншаецца са павелічэннем вугла падзення; максімальнае паглынанне назіраецца пры нармальным падзенні (з улікам абароны лінзы). Знізьце адбівальную здольнасць, выдаляючы аксіды з дапамогай механічнай/хімічнай ачысткі.
13. Правільнае выкарыстанне ахоўнага газу
Ахоўны газ уплывае на фарміраванне шва, яго пранікненне і шырыню. Большасць газаў паляпшаюць якасць, але могуць мець недахопы:
Ar: нізкая энергія іанізацыі, высокае ўтварэнне плазмы (зніжэнне эфектыўнасці лазера), але інертны, танны і шчыльны — эфектыўна пакрывае расплаўленую ванну (ідэальна падыходзіць для агульнага выкарыстання).
N₂: Умераная энергія іанізацыі (лепш аднаўляе плазму, чым Ar), але рэагуе з алюмініем/вугляродзістай сталлю, утвараючы далікатныя нітрыды, зніжаючы глейкасць (не рэкамендуецца для гэтых матэрыялаў). Падыходзіць для нержавеючай сталі, дзе нітрыды павышаюць трываласць.
14. Хуткасць патоку ахоўнага газу
Газ выкідваецца праз сопла пад пэўным ціскам. Гідрадынамічная канструкцыя сопла і дыяметр выхаднога адтуліны маюць вырашальнае значэнне: яны павінны быць дастаткова вялікімі, каб пакрыць зварны шво, але абмежаванымі, каб прадухіліць турбулентны паток (які ўцягвае паветра і выклікае сітаватасць). Для ручной лазернай зваркі тыповая хуткасць патоку складае 7 л/мін. Залішняя хуткасць патоку ўмешваецца ў расплаўленую ванну, што пагаршае чысціню газу — выберыце правільную хуткасць патоку.
15. Пазіцыя фокусу лазера
Пазіцыя фокусу: Найменшая пляма, найвышэйшая энергія — выкарыстоўваць длякропкавая зваркаабо нізкаэнергетычныя, мінімальныя патрабаванні да памеру плямы (гл. малюнак 8-8).
Адмоўны расфакус: большая пляма (павялічваецца з адлегласцю ад фокуса) — падыходзіць для бесперапыннай зваркі з глыбокім праварваннем і кропкавай зваркі.
Пазітыўная расфакусоўка: большая пляма (павялічваецца з адлегласцю ад фокуса) — падыходзіць для герметызацыі паверхні або бесперапыннай зваркі з нізкім пранікненнем.
Кантроль поўнага праварвання: нязначнае змяненне колеру на адваротным баку сведчыць аб добрай якасці; бачныя сляды/праварванне выклікаюць пырскі або глыбокія канаўкі пры бесперапыннай зварцы. Адрэгулюйце фокус, энергію і форму хвалі ў залежнасці ад узораў. Выкарыстоўвайце меншыя кропкі для больш тонкіх матэрыялаў, каб пазбегнуць прагарання.
Час публікацыі: 21 жніўня 2025 г.
