Як уникнути перегріву тонкого металу під час зварювання
Під час зварювання листів завтовшки 0,5–2 мм метал швидко набирає температуру. Надмірне тепловкладення призводить до пропалів, короблення, розширення шва і зміни геометрії виробу. Під час підбору режимів фахівці Raymark-Україна враховують потужність лазера, швидкість руху променя, положення фокусу та теплофізичні властивості матеріалу. Для тонкого листа навіть зміна окремих параметрів на 5-10% помітно змінює результат.
Параметри, що впливають на перегрів тонкого металу
Головне завдання під час зварювання тонкого листа – виконати необхідне проплавлення без передачі деталі зайвого тепла. Орієнтуватися лише на потужність лазера не можна. Температура зварювальної зони залежить від поєднання кількох налаштувань.
Потужність та швидкість визначають тепловкладення
Для оцінки режиму використовують погонну енергію – відношення потужності лазера до швидкості зварювання. Наприклад, за потужності 1000 Вт та швидкості 20 мм/с кожен міліметр шва отримує близько 50 Дж енергії. За швидкості 40 мм/с це становить вже 25 Дж/мм.
Для листів завтовшки 0,5-1 мм налаштування краще коригувати невеликими кроками. Потужність змінюють приблизно на 5-10%. Після цього оцінюють глибину проплавлення, ширину шва, стан зворотної сторони листа.
Занадто висока швидкість також небажана. Недостатня глибина проплавлення призводить до непровару. Тому завдання технолога – знайти мінімальне тепловкладення, за якого відбувається повноцінне з'єднання.
Для листів завтовшки 0,5-1 мм налаштування краще коригувати невеликими кроками. Потужність змінюють приблизно на 5-10%. Після цього оцінюють глибину проплавлення, ширину шва, стан зворотної сторони листа.
Занадто висока швидкість також небажана. Недостатня глибина проплавлення призводить до непровару. Тому завдання технолога – знайти мінімальне тепловкладення, за якого відбувається повноцінне з'єднання.
Імпульсний режим скорочує час нагрівання
За безперервного режиму енергія надходить у метал постійно. Імпульсне зварювання передбачає короткі перерви для часткового охолодження зони обробки.
Наприклад, лазер працює 5 мс, а наступні 5 мс вимкнений. Коефіцієнт заповнення у такому випадку становить 50%. За пікової потужності 1000 Вт середня потужність становитиме близько 500 Вт.
Значення має і частота імпульсів. Чим коротші паузи між ними, тим менше часу на відведення тепла. Цей параметр помітно впливає на результат під час роботи з листами тонше за 1 мм.
Наприклад, лазер працює 5 мс, а наступні 5 мс вимкнений. Коефіцієнт заповнення у такому випадку становить 50%. За пікової потужності 1000 Вт середня потужність становитиме близько 500 Вт.
Значення має і частота імпульсів. Чим коротші паузи між ними, тим менше часу на відведення тепла. Цей параметр помітно впливає на результат під час роботи з листами тонше за 1 мм.
Фокусування впливає на концентрацію енергії
За однакової потужності температура залежить від площі лазерної плями. Якщо збільшити діаметр з 0,2 до 0,4 мм, площа впливу зросте приблизно в 4 рази. Енергія розподілиться по більшій поверхні, тому її щільність буде меншою.
Невелике розфокусування знижує ймовірність локального пропалювання. Однак надмірне збільшення плями призводить до широкого шва та недостатнього проплавлення. Положення фокусу підбирають на зразках із такою самою товщиною та маркою металу, які використовуватимуть у виробництві.
Невелике розфокусування знижує ймовірність локального пропалювання. Однак надмірне збільшення плями призводить до широкого шва та недостатнього проплавлення. Положення фокусу підбирають на зразках із такою самою товщиною та маркою металу, які використовуватимуть у виробництві.
Теплопровідність матеріалу змінює характер нагрівання
Однакові налаштування не можна переносити з одного металу на інший без перевірки. Різні метали відводять тепло із заготовки з різною швидкістю.
Низька теплопровідність нержавіючої сталі підвищує локальну температуру біля зварювальної зони. Для додаткового відведення тепла використовують мідні підкладки. Ефективність такого рішення залежить від густини контакту – повітряний зазор між листом та підкладкою погіршує теплообмін.
Матеріал | Теплопровідність, Вт/(м·К), приблизно | Особливість при зварюванні |
Мідь | 400 | Дуже швидко відводить тепло |
Алюміній | 200–240 | Швидко розподіляє тепло по деталі |
Вуглецева сталь | 45–60 | Відведення тепла значно повільніше |
Нержавіюча сталь | 15–20 | Тепло сконцентровано біля шва |
Низька теплопровідність нержавіючої сталі підвищує локальну температуру біля зварювальної зони. Для додаткового відведення тепла використовують мідні підкладки. Ефективність такого рішення залежить від густини контакту – повітряний зазор між листом та підкладкою погіршує теплообмін.
Зазор між деталями підвищує ризик пропалювання
Під час зварювання листа 0,5 мм навіть зазор 0,2 мм становить 40% його товщини. Промінь частково проходить між кромками, розплав розподіляється нерівномірно і здатний провалюватися всередину з'єднання.
Тому тонкі деталі жорстко фіксують перед зварюванням. Притискачі повинні зберігати положення кромок протягом усього проходу. Це актуально для довгих з'єднань, оскільки нагрівання викликає поступове розширення металу.
Тому тонкі деталі жорстко фіксують перед зварюванням. Притискачі повинні зберігати положення кромок протягом усього проходу. Це актуально для довгих з'єднань, оскільки нагрівання викликає поступове розширення металу.
Підсумок
Під час зварювання тонкого металу результат залежить від кількості енергії, яка отримує конкретну ділянку за короткий проміжок часу. Точне налаштування тепловкладення та контроль температури мають значення під час серійного виробництва, де один невдалий режим призводить до браку всієї партії.
