Как избежать перегрева тонкого металла во время сварки
При сварке листов толщиной 0,5–2 мм металл быстро набирает температуру. Избыточное тепловложение приводит к прожогам, короблению, расширению шва и изменению геометрии изделия. При подборе режимов специалисты Raymark-Украина учитывают мощность лазера, скорость движения луча, положение фокуса и теплофизические свойства материала. Для тонкого листа даже изменение отдельных параметров на 5–10% заметно меняет результат.
Параметры, которые влияют на перегрев тонкого металла
Главная задача при сварке тонкого листа - выполнить необходимое проплавление без передачи детали лишнего тепла. Ориентироваться только на мощность лазера нельзя. Температура сварочной зоны зависит от сочетания нескольких настроек.
Мощность и скорость определяют тепловложение
Для оценки режима используют погонную энергию – отношение мощности лазера к скорости сварки. Например, при мощности 1000 Вт и скорости 20 мм/с каждый миллиметр шва получает около 50 Дж энергии. При скорости 40 мм/с это значение составляет уже 25 Дж/мм.
Для листов толщиной 0,5–1 мм настройки лучше корректировать небольшими шагами. Мощность изменяют примерно на 5–10%. После оценивают глубину проплавления, ширину шва, состояние обратной стороны листа.
Слишком высокая скорость также нежелательна. Недостаточная глубина проплавления приводит к непровару. Поэтому задача технолога – найти минимальное тепловложение, при котором происходит полноценное соединение.
Для листов толщиной 0,5–1 мм настройки лучше корректировать небольшими шагами. Мощность изменяют примерно на 5–10%. После оценивают глубину проплавления, ширину шва, состояние обратной стороны листа.
Слишком высокая скорость также нежелательна. Недостаточная глубина проплавления приводит к непровару. Поэтому задача технолога – найти минимальное тепловложение, при котором происходит полноценное соединение.
Импульсный режим сокращает время нагрева
При непрерывном режиме энергия поступает в металл постоянно. Импульсная сварка предусматривает короткие перерывы для частичного охлаждения зоны обработки.
Например, лазер работает 5 мс, а следующие 5 мс выключен. Коэффициент заполнения в таком случае составляет 50%. При пиковой мощности 1000 Вт средняя мощность будет около 500 Вт.
Значение имеет и частота импульсов. Чем короче паузы между ними, тем меньше времени на отвод тепла. Этот параметр заметно влияет на результат при работе с листами тоньше 1 мм.
Например, лазер работает 5 мс, а следующие 5 мс выключен. Коэффициент заполнения в таком случае составляет 50%. При пиковой мощности 1000 Вт средняя мощность будет около 500 Вт.
Значение имеет и частота импульсов. Чем короче паузы между ними, тем меньше времени на отвод тепла. Этот параметр заметно влияет на результат при работе с листами тоньше 1 мм.
Фокусировка влияет на концентрацию энергии
При одинаковой мощности температура зависит от площади лазерного пятна. Если увеличить его диаметр с 0,2 до 0,4 мм, площадь воздействия возрастет приблизительно в 4 раза. Энергия распределится по большей поверхности, поэтому ее плотность будет меньше.
Небольшая расфокусировка снижает вероятность локального прожога. Однако чрезмерное увеличение пятна приводит к широкому шву и недостаточному проплавлению. Положение фокуса подбирают на образцах той же толщины и марки металла, которые будут использовать в производстве.
Небольшая расфокусировка снижает вероятность локального прожога. Однако чрезмерное увеличение пятна приводит к широкому шву и недостаточному проплавлению. Положение фокуса подбирают на образцах той же толщины и марки металла, которые будут использовать в производстве.
Теплопроводность материала меняет характер нагрева
Одинаковые настройки нельзя переносить с одного металла на другой без проверки. Разные металлы проводят тепло по заготовке с разной скоростью.
Низкая теплопроводность нержавеющей стали повышает локальную температуру около сварочной зоны. Для дополнительного отвода тепла применяют медные подкладки. Эффективность такого решения зависит от плотности контакта – воздушный зазор между листом и подкладкой ухудшает теплообмен.
Материал | Теплопроводность, Вт/(м·К), примерно | Особенность при сварке |
Медь | 400 | Очень быстро отводит тепло |
Алюминий | 200–240 | Быстро распределяет тепло по детали |
Углеродистая сталь | 45–60 | Отвод тепла значительно медленнее |
Нержавеющая сталь | 15–20 | Тепло сконцентрировано около шва |
Низкая теплопроводность нержавеющей стали повышает локальную температуру около сварочной зоны. Для дополнительного отвода тепла применяют медные подкладки. Эффективность такого решения зависит от плотности контакта – воздушный зазор между листом и подкладкой ухудшает теплообмен.
Зазор между деталями повышает риск прожога
При сварке листа 0,5 мм даже зазор 0,2 мм составляет 40% его толщины. Луч частично проходит между кромками, расплав распределяется неравномерно и способен проваливаться внутрь соединения.
Поэтому тонкие детали жестко фиксируют перед сваркой. Прижимы должны сохранять положение кромок на протяжении всего прохода. Это актуально для длинных соединений, поскольку нагрев вызывает постепенное расширение металла.
Поэтому тонкие детали жестко фиксируют перед сваркой. Прижимы должны сохранять положение кромок на протяжении всего прохода. Это актуально для длинных соединений, поскольку нагрев вызывает постепенное расширение металла.
Итог
При сварке тонкого металла результат зависит от количества энергии, которое получает конкретный участок за короткий промежуток времени. Точная настройка тепловложения и контроль температуры значимы при серийном выпуске, где один неудачный режим приводит к браку всей партии.
